一張圖看懂3D打印技術在汽車行業(yè)的應用

市場研究機構SmarTech于2015年發(fā)表的一份《增材制造在汽車行業(yè)的前景：下一個十年的預測》的報告認為，3D打印在汽車行業(yè)的應用蓄勢待發(fā)，并且前景廣闊。

根據SmarTech的報告，3D打印在汽車行業(yè)2014年的總市場金額為3.7億美金，到2023年有望達到22.7億美金。汽車在3D打印領域的應用從簡單的概念模型到功能型原型朝著更多的功能部件方向發(fā)展，滲透到發(fā)動機等核心零部件領域的設計。SmarTech預言2016年，汽車行業(yè)研發(fā)領域將迎來金屬3D打印技術引入爆發(fā)期。

事實上，汽車廠商通過3D打印來完成汽車研發(fā)階段的原型開發(fā)與設計驗證早已不是新鮮事，更多的汽車廠商使用3D打印來制造各種模具、夾具等以用于組裝和制造過程。可以說3D打印在造型評審、設計驗證、復雜結構零件、多材料復合零件、輕量化結構零件、定制專用工裝、售后個性換裝件等方面的應用逐漸被越來越多的汽車廠家采用。

下面，我們通3D打印在汽車行業(yè)的主要應用圖表上的邏輯順序與案例的結合，來一場有關與汽車研發(fā)與制造技術的進化之旅行吧…

原型與設計驗證

下圖的Stratasys的汽車輪胎原型是為賓利定制的，輪胎與輪轂一次性制造完成，與原車的輪胎大�。�1:1；材料名稱：VeroGrey；制造時間：188小時28分鐘；材料消耗：24995g；支撐材料消耗：27413g

汽車墊子下方是硬的塑料，上面是可以折疊的橡膠材質。當打印像1000x800x500mm這樣大型的產品的時候，Stratasys Object 1000 Plus就派上了用場，不僅可以1：1的尺寸制造汽車，航空航天行業(yè)需要的原型，而且經濟。

該原型材料：VeroClear, TangoBlackPlus; 制造時間：11小時49分鐘；材料消耗：TangoBlackPlus 4882g, VeroClear 848 g；支撐材料消耗：12936 g

車身

Local Motors率先將直接數字制造（DDM）的概念用于3D打印汽車Strati,由美國橡樹嶺國家實驗室領頭研發(fā)的BAAM（大尺寸增材制造）設備可用于實際生產。每小時40磅碳纖維增強ABS塑料的沉積速率和大尺寸意味著增材技術可用于大型部件如汽車等的生產。

Strati的車身主體是一體的，可以用3D打印機完整地打印出來。可拆卸的座椅可以讓方便客戶選擇自己喜歡的內飾顏色和材質來打印。其前大燈、后視鏡、擋風玻璃和電子部件中加入了碳纖維以提升其強度，實現了“創(chuàng)新性、復雜性和實用性之間良好的平衡。

而且很快，客戶登陸Local Motors就可以通過在線商場來下單定制自己喜歡的汽車了。

與上述的Local Motors的塑料車身不同，超級轎跑Blade的車身是由鋁合金和碳纖維管像搭建積木一樣組成的。

Blade主體部件是鋁合金和碳纖維，非常輕，速度很快——它的加速度比邁凱輪P1更大，功率重量比是布加迪威龍的2倍。它能夠在短短2.2秒內從0加速至60英里每小時（邁凱輪P1的這個數字是2.8秒）。它的重量只有1400磅，并且安裝著一個4缸700馬力的雙燃料內燃機，可使用汽油或壓縮天然氣為燃料。汽車底盤由大約70個3D打印的鋁節(jié)點組成的，工人手工組裝該底盤前后歷時僅30分鐘。而底盤本身的重量只有61磅。

車內飾

關于3D打印用于汽車內飾，甚至是外飾的話題，在這里3D科學谷就話不多說了，直接上美圖。

標志

寶馬

賓利

功能零件

汽車座椅

豐田汽車與Materialise共同設計的汽車座椅以使得座椅重量更輕，同時舒適感更強。汽車座椅低重力密度區(qū)域的鏤空處理帶來雙重的好處。第一個方面，創(chuàng)造了更大的散熱能力。第二個方面，節(jié)省大量的材料。事實上，汽車座椅的重量減少了高達72%，比原來輕了18公斤。

除了汽車座椅，Materialise還做過汽車方向盤的輕量化嘗試。

電容

之前3D打印技術一般需要對電池的不同組成部件分別進行單獨打印，例如電池所采用的陰極、陽極以及電解質等均需要單獨打印。3D科學谷認為Graphene 3D實驗室可以進行的多種材料同時打印，大大簡化了電池的3D打印過程，在一次打印過程中就可以完成整個電池的打印工作。

多功能結構電池一經推出便吸引了大量研發(fā)團隊的關注，其中就包括沃爾沃汽車公司。多功能結構電池研發(fā)項目的主要目的就是為車輛電池提供一種具有革命性意義的電能存儲方案。

除了打印電容，來自澳大利亞的一家公司EVX Ventures還在大膽地探索3D打印太陽能汽車。

發(fā)動機缸體

歐洲賽車隊通過3D打印技術改善他們賽車的發(fā)動機性能。這個項目由位于加利福尼亞的圣克拉拉的FIT Technology Group技術部門來完成的，FIT通過SLM選擇性激光融化增材制造技術來制造出新的發(fā)動機氣缸蓋。

通過選擇性激光熔化方案顯著提高氣缸蓋的表面散熱面積，減少振動和重量。結果是減少了66％的氣缸蓋重量，從5095克到1755克，并且體積也從1887立方厘米減少到650立方厘米。而氣缸蓋的表面面積從823平方厘米增加到6052平方厘米，主要是通過晶格結構帶來的復雜的組織相比，這帶來了更有效的冷卻性能，而冷卻性能對賽車的性能表現至關重要。

水泵輪

下圖的這個部件是用選擇性激光熔融（SLM）技術制造的，該技術主要通過使用激光融化金屬粉末制造3D對象。制造完成的水泵輪被安裝到一輛寶馬DTM賽車的動力系統中。這使得寶馬公司能夠快速迭代水泵輪，甚至如果需要的話可以根據具體的比賽條件進行定制。而且無需生產模具，零部件修改需要的成本接近于零。

散熱系統

熱交換器的技術發(fā)展在過去20年里幾乎可以說是停滯狀態(tài)，由于傳統的、減材制造方法對加工帶來很多限制。隨著3D打印粉末床選擇性金屬融化技術的發(fā)展，通過增材制造的方式生產的熱交換器不但減少了重量，同時提高了熱交換接觸效率，提升了熱交換器的整體性能。

其他零件

賓利在Speed 6概念車上大膽嘗試3D打印技術,其中Speed6車門的鉸鏈就是用金屬3D打印的，其鏤空的結構看起來就像是一面抽象的英國國旗。

仿生學與未來汽車

Soulmate是德國博世、EDAG和制造商之間的合作項目結果，EDAG和博世親切地稱其創(chuàng)作的車為“Soulmate”，Soulmate翻譯成中文不僅僅是知己，更是靈魂伴侶，用來比喻車，可見這輛車對主人意識的感知程度是不一般。而這也意味著未來的車將全面接入IoT物聯網系統。如此知性又感性的概念車，3D打印可以說在其中發(fā)揮了極大的長處。

輕量化是未來汽車的一大特點。EDAG的設計師從葉子中汲取靈感，把輕量級外殼做到了極致。它的仿生靈感的“骨架”結構完全是3D打印，并覆蓋汽車外層。經過拓撲仿生學優(yōu)化的車的骨骼結構在承載力低的地方減少材料的使用，在承載力高的地方提高材料的密度，從而成為一種輕質、高效的汽車。重量輕、效率高，且無任何浪費。

并且，Soulmate發(fā)光的外部皮膚可以提醒其他司機，其他車輛盲點上的潛在危險。當在高速公路發(fā)生危險的時候，司機也可以讓任何一扇門發(fā)出紅色的閃光以提示其他的司機。。此外，車輛與人的交互界面可以通過手勢控制和通過觸覺輸入來控制，這使得司機能夠保持專注于道路行駛安全上。

另外，3D打印在汽車的研發(fā)過程中和制造流水線上所需要的工裝夾具也發(fā)揮著積極的應用。而對于汽車發(fā)燒友，3D打印在售后汽車改裝領域打開了另一個想象空間。


來源3D科學谷