第一情报 ---汽车产业

3D打印:从汽车设计室到工厂

供稿人:任晓波  供稿时间:2018-5-31   关键字:3D打印  增材制造  汽车设计  汽车制造  

本文摘译自美国工业3D打印公司副总裁Scott Sevcik在网站Manufacturing Global上发表的文章《3D printing: from the automotive design studio to the factory floor》,介绍3D打印在汽车产业的最新应用情况。

汽车产业正处于动荡时期。汽油价格大幅波动,来自环境和政治的压力越来越大,挑战了汽车行业在大油耗SUV和轻型电动汽车之间的平衡。共享汽车的商业模式正在发展,技术的飞跃使得自动驾驶汽车开始进入人们的生活,改变了我们对汽车的看法。汽车制造商必须适应这些变化,同时,也仍然面临着尽可能减少生产成本的挑战。工业3D打印巨头Stratasys副总裁Scott Sevcik认为3D打印将在未来汽车产业扮演颠覆性角色。

汽车产业是最早真正运用3D打印技术的产业之一。长期以来,它一直被用作快速原型制作的工具,近年来,汽车产业是高端3D打印机和材料销售的主要客户,但由于汽车设计工作的神秘性,3D打印在这一领域的应用不为人所知。3D打印通过帮助设计师在几个小时内实现多次动态调整,实现削减成本、压缩周期的效果,为汽车设计做出了重大贡献。随着技术和材料的不断进步,3D打印辅助设计是未来汽车设计领域不可阻挡的趋势。

转向大规模制造领域

近年来,3D打印技术已经从汽车设计工作中的快速原型设计扩展到生产装配线的部件生产。创建高度定制的工具提高工厂效率是当今汽车3D打印最重要的应用方向。因此,Stratasys系统现在是整个汽车供应链中工厂车间的常用设备。

例如,德国欧宝汽车已经将Stratasys的3D打印工具用于工厂车间,通过更高效、快速的工作流程改造内部生产线。另一个例子是沃尔沃法国卡车工厂,采用Stratasys的Fortus 3D打印技术,为生产线设计多种耐用、轻便的夹具、支架和刀架。3D打印的定制工具可直接在工厂车间使用,沃尔沃卡车估计,对于小批量的工具,3D打印ABS热塑性配件的成本可低至1欧元/立方厘米。用金属制造相同配件的成本高达100欧元/立方厘米。更为重要的是,沃尔沃卡车减少了设计和制造金属工具所需的时间,采用ABSplus热塑性材料制作工具最高可减少94%以上的工期。同样,在美国厂商中,福特也使用基于FDM的3D打印技术生产工具和部件。

汽车装配线中的大批量生产对生产周期非常敏感。节约时间等于节省生产成本。Stratasys和其他增材制造公司的新技术和材料推动了汽车装配技术的发展。坚固耐用的FDM热塑性塑料可承受恶劣的制造环境,使汽车制造商能够根据需要创建定制工具、即时修改夹具参数、改进设计或减轻重量。

此外,增材制造可以改善生产线操作员的工作环境和工艺流程,除了与生产工具所带来的时间和成本效益外,它还呈现出全新的增值效果。

轻量化

3D打印应用的关键是生产材料。材料开发是3D打印领域不变的热点,工程师正在努力实现-包括但不限于-更高的耐化学腐蚀性以及耐久性、延展性和刚度的组合。新材料的推出,如2017年推出的碳纤维增强尼龙12,正在汽车产业中实现新的应用。3D打印这样的复合材料即提供金属的强度又实现塑料的轻质。

最近媒体的关注度很高,在航空航天领域,通过将较重的金属零件换成强度高、质量轻的3D打印热塑性零件,节省了大量成本。

汽车市场也面临着3D打印变革。由于环保组织和政治家继续压力,燃油效率的需求不会消失。更轻的车辆需要的能量更少,无论是燃油汽车还是电动汽车都能延长实现更长的续航里程。增材制造不仅提供轻量化部件的优势,而且还通过复杂的几何设计优化性能重量比,优化汽车结构。

随着汽车制造商开展3D打印技术的探索,汽车上将出现越来越多的3D打印部件。

分散化生产

减少环境影响和降低生产成本的另一种方法是实行分散化生产。增材制造使在分散化生产的基础上保持集中式协作(centralized coordination)成为可能。今天,如果一个制造商要在不同国家生产同一辆车,即使每个地点生产部件的设计相同,其工装和生产过程也会对部件产生影响,导致部件之间存在差异。这对制造商来说是一种风险,降低了整车的装配效率,但目前没有解决方案。借助3D打印数字集中(centralize digitally)和物理分散(decentralize physically)的能力,可以通过将CAD文件分发到全球各个工厂,实现无差别的制造。制造商可以充分享受分散供应链带来的好处,而不会产生本地化带来的效率低下的风险。

定制&快速

在大批量生产的对立面,豪华车和赛车通常需要定制部件,由于产量低,所以价格及其昂贵。能够在没有模具的情况下打印定制零件可以减少投资并加快生产——这对于赛车工程师来说绝对是刚需。

一级方程式车队迈凯轮借助3D打印技术,在离赛季开始不到两周的时间内设计并制造了一个新的赛车车翼。同样,在IndyCar和NASCAR的运动中,Penske团队使用增材制造打印赛车部件,缩短了大约70%的生产周期。

超级跑车制造商兰博基尼也转而采用3D打印技术制造高强度零件,使得在非常紧凑的时间内设计、制造复杂的几何形状成为可能。

路在何方?

从历史上看,定制零件几乎只会出现在豪华车和赛车上。目前,由于批量生产的高效率,大部分车辆仍以使用通用部件为主,但得益于3D打印技术的快速发展,未来定制汽车的成本大幅降低,汽车将满足更多的个性化需求。


参考文献:

Scott Sevcik. 3D printing: from the automotive design studio to the factory

 


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