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IND4线D打印“遇上”汽车制造 只要你知道这八个问题

时间:2024-04-20浏览: [ ]

  IND4寓意Industry 4.0,工业4.0改变的是制造体系,从数字化到智能化、从群体到个体、从制造为先到用户需求为先。

  3D打印技术是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术,其最突出的优点是无需机械加工或模具,3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。

  对3D打印机来说,造型复杂的物体和最简单的立方体、圆柱体是一样的,材料会更节省。能够方便快捷并精确地制造构型复杂的物体,这正是3D打印技术的最大优势。

  而汽车恰恰是由许多造型复杂的高精度零件组成,可以将3D打印的优势发挥得淋漓尽致。使用3D打印技术,工程师在电脑上完成模型设计,设计人员只需几分钟就能获得实体的打印模型,然后整个研发团队的每个专业人员都可以在打印模型基础上进行修改,并与团队中其他人即时分享对设计方案的改进,实现“所见即所得”,大幅度提高汽车设计的效率。

  综合来看,3D打印技术可以大幅度降低汽车开发和制造过程中的成本,提升工作效率,降低新车型新零件的开发时间,最终这些都会反映到汽车的价格和品质上。

  2013年,第一辆3D打印汽车问世。美国设计公司KOR Ecologic、数字制造商RedEyeOn Demand以及3D打印制造商Stratsys合作完成了混合动力汽车Urbee 2。这辆车并不是一辆简单的摆设模型,而是可以上路的真正意义上的汽车。彼时,福特也在每个工作站配置了3D打印机,并规划未来给每个工程师单独配备一台小型的3D打印机。

  2014年,柯尼塞格发布的新车One 1上使用了很多3D打印制造的零部件,包括风道、排气部件和涡轮增压器等。2014年9月,美国洛克汽车(Local Motors)在芝加哥国际制造业技术展上,展出了一辆3D打印的双门双座敞篷小车Strati。整个制作工序在现场完成,共计耗时44小时。

  随后,3D打印被更多汽车制造商与研究机构用于汽车制造,也有汽车发烧友们在此启发下自行通过3D打印技术打造自己专属的汽车或汽车部件。加州一名工程师就利用3D打印制造了丰田发动机与变速箱。

  到了2016年,在底特律车展上,起亚展出了使用3D打印技术制造的Telluride概念汽车,也展现出了3D打印对于汽车行业的一个重要价值——推出概念车。

  标致雪铁龙集团(以下简称PSA)在2016年9月与洛杉矶的3D打印公司Divergent签署战略合作协议书,达成在金属材料打印等方面的合作意向。

  PSA表示,合作初期将在Divergent公司位于法国巴黎附近的Velizy研发中心进行试制,下一步将尝试汽车零部件的3D打印与装配,最终目标是利用该技术打印出“完整的车体结构”。

  根据日经社报道,2016年10月,本田公开展示了一辆由3D打印机制造的小型纯电动车MC-β。这辆车从外观设计到制造只花了两个月时间。

  3D打印的MC-β与此前概念车有所不同,从双座变为单座,另外一个座位改成了行李舱。3D打印可以实现多品种小批量生产。这辆车没有采用在汽车开发设计中占主流的“单体车身”——将车身与骨架设计为一体,而是将车身与骨架分开设计,仅靠骨架部分实现足够的碰撞安全性能。车身外装与碰撞安全性能无关,因此可以使用3D打印机自由地设计车身外型。

  2017年初,BMW i Ventures宣布投资3D打印技术公司Desktop Metal。Desktop Metal位于美国马萨诸塞州,其首款产品将很快在市场上投放。这不是宝马第一次在3D打印领域进行投资,此前还投资了一家采用光化学工艺打印塑料部件的Carbon3D。

  宝马也计划在制造工艺中使用3D打印的技术,并且不仅限于原型车,也会使用到量产车上。通过3D打印技术,该企业计划为用户提供定制化服务。

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  采用3D打印技术可以降低小批量零部件的生产成本,汽车制造商可以尝试各种各样复杂的设计,快速生产并测试原型车零部件。

  未来伴随着材料技术的进步和成熟,3D打印制造的产品也将有可能直接满足整车的强度需求,进而加强和提升3D打印技术在整车上的使用。3D打印带来的技术革新,将会降造业的进入门槛,让没有工厂与生产设备的个人也可以参与到制造业中来,正如前面提到的汽车发烧友所做的一样。而制造业门槛的降低,则意味着商业模式将会产生巨大变化。

  未来3D打印技术在汽车行业的应用前景会非常广泛,并且会涵盖批量生产以外的所有领域,例如个性化车型的定制、改装等。当然,最主要的应用价值还是在设计和某些制造环节,例如打印“油泥模型”、打印概念车、打印模具、打印定制选装部件等。它所带来的结果,一个是车型设计的多样化、衍生车型的增多,另一个是车型更新速度的加快。而更直观、更给力的,是造型上的个性化。

  日本汽车制造商Copen就曾推出过一款3D打印的汽车外壳,可以接受各种创意定制,打印出不同形状、不同图案的外壳。Copen表示大部分汽车零部件能够通过3D打印制造,且可以成功通过相关测试。

  然而无论3D打印如何发展,也不可能应用在整车的批量化生产上。这就好比打印技术永远不可能替代印刷技术一样。

  在追求实现自我价值的当今社会,人们对个性化的事物更感兴趣,通常会不遗余力地表现自己对事物外在形式的感受,展示自己良好的品味,还会为此付出强大的购买力。人们会按照自我喜好聘请设计师进行房屋装修的个性化设计,也会将自己的办公区域装扮的独具匠心,甚至还可以在网上定制自己的专属休闲装饰品。

  汽车的个性化有所不同。毕竟,很难想象,像房屋的装修设计一样,人们走进一家经销商店,与设计师畅谈自己对汽车的想法,然后请设计师用CAD软件制作效果图,最后用一个巨大的3D打印机将汽车制作出来。

  要知道一辆现代汽车拥有超过两万个互相独立的部件协同工作,经过设计精密而高效的流水线组装而成。这些流水线的每一个步骤功能单一,目的明确,辅之以人工对生产过程的监测与维护。要想通过3D打印技术取而代之,需要付出极大的努力去探索技术,实现生产工艺流程的置换和替代。

  不同种类的车身零部件往往由不同材料制成,有着各自的外形特征和材料属性,再加上,由于缺少必要技术支撑与设计需求,以及安全法规的缺失,大规模实现汽车的完全个性化设计制造在未来数十年内甚至更远的时间内都不具有现实性和可实践性。

  因而3D打印的个性化特征是体现在局部上的,车身外壳本身构造简单,而其他更为复杂的零件,比如车内空调等,预计至少要在数十年后才能实现自动化一体加工制造。

  业内关于3D打印的另外一种想法,是做加法。用户可以选定一款标准车体,然后在其上添加各种个性定制的车身部件。而厂商只需要开发一款CAD软件,帮助用户向选定的车体底盘上添加部件,但是出于安全考虑,已选定的标准车体部分不能减少或更改。而且这种软件应该可以进行仿真风洞试验,用于测试定制成品的风阻水平,并自动确保车身部件如发动机盖、车门、油箱盖、车窗等能够正常开合,同时辅助添加雨刮器、后视镜、天窗等部件。

  因为3D打印所用材料普遍轻于传统材料,因此亦有业务人士认为其所带来的轻量化效应将更有意义。不过,这种轻量化也将带来新的安全隐患,车企需要考虑的是开放给用户的自由度,如果开放自由度过高,那么车辆的安全性能将无法保障。

  材料创新,是3D打印技术为汽车设计和制造领域带来的另一个改变。在对材料技术高度依赖的航天工业领域,这一改变已经开始。航天工业对产品每个组成单元的体积和重量都要精细设计,所以利用3D打印技术进行设计与制造已经开始了小批量规模化应用。

  反观汽车领域,相对于每年产出的汽车数量,航天领域每年制造的飞行器数量要少很多,3D打印新技术在汽车领域的利用率总体而言可谓微乎其微。未来铝合金在汽车材质中将占有越来越高的比重,尽管目前受限于制造工艺与成本问题,应用规模还较小。随着3D打印技术推动的材料工程科技突破和创新,包括铝、碳纤维等在内的新型材料将在车辆轻量化发展趋势中起到举足轻重的作用。

  有人认为厂商控制下的规模成品供应服务限制了3D打印个性定制的创造性和广阔的市场机遇,但按照多数设计行业人士的观点,一般消费者很难真正搞清楚自己的需求是什么,更不要提他们中的大部分人有否能力为自己设计出达到功能要求并符合安全标准的定制产品是一件十分存疑的问题。“设计工作还是要让专业设计师去完成”是业界普遍认同的底线。对于消费者来说,最关心的,是自己的功能选择是否能够被实现,而并非技术细节。

  3D打印还将影响的领域是汽车维修,随着3D打印的普及,维修成本可能会得到降低。试想一下人们到经销商处更换爱车车灯,发现原来整个车身都可以现场3D打印,从而不再需要仓库来存放配件,自然降低了零配件的采购、储运和供应成本。零配件提供商也可以按照需求来生产产品,从而大幅降低可能需求配件的种类和数量。而传统汽车制造商也会慢慢意识到3D打印技术的好处,逐渐用3D打印材料替代昂贵和珍惜的金属材料,推动汽车制造材料应用上的更新换代和突破创新。

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