3D打印在汽车圈小试牛刀

图文直播
2014
11/23
12:26
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近年来,3D打印技术火遍全球。有人用它来打印雕塑,有人用它来打印首饰,不过打印一辆汽车?是的,你没听错。近日,世界上首款3D打印汽车走上美国纽约街头,炫酷亮相。这款车名叫“斯特拉迪”,由美国亚利桑那州本地汽车公司打造,吸引了世人的广泛关注。
3D打印机是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同,打印机内装有液体或粉末等打印材料,与电脑连接后,通过电脑控制把打印材料一层层叠加起来,最终把计算机上的蓝图变成实物。这种技术也被称作“增材制造技术”或“快速原型制造技术”。
实际上,3D打印早已成为汽车业一个不可或缺的组成部分。随着成本下降和技术提高,汽车制造商和供应商现在越来越依赖3D打印,以缩短产品开发周期、降低原型制造成本、减少机械故障以及测试提高汽车燃效的方法。
■  加快产品开发流程
在3D打印技术应用方面,福特一向走在车企前列。早在上世纪80年代,福特就开始使用该技术。据悉,目前福特美国公司每一位工程师都配置了一台3D打印机。他们会花几小时到几天的时间,使用树脂、石英粉、沙子,当然也包括金属等材料打印汽车零部件。
福特曾在2010年表示,在福特探险者上市前夕,突然发现制动噪声问题。幸好通过3D打印技术,及早解决了这个问题,不然这款被寄予厚望的新车就要推迟4个月上市,代价沉重。此外,福特还广泛应用3D打印技术,来提升旗下EcoBoost系列发动机的性能,包括全新福特F-150皮卡配装的2.7升EcoBoost V6发动机。
福特增材制造技术专家哈罗德·希尔斯表示,在发动机原型制造上,福特现在从头到尾都在使用3D打印技术。福特在总部迪尔伯恩附近建立了一家3D打印实验室,这是福特最早尝试应用3D打印技术的地方。该实验室摆放了许多庞大的3D打印机,希尔斯表示,去年这些机器共打印了20000个零部件,是2009年的四倍。
在实验室里,一排机器使用蓝色激光来硬化树脂,形成发动机零部件原型,比如气缸盖水套。旁边,一台由白色石英粉填充的打印机可以组装进气歧管和其他部件,几天之内就能测试。在实验室的另一个房间摆放着一台超大的喷墨打印机,能够处理15吨细砂,花一周时间形成各种模具,然后再将液体金属注入到模具内。这种制模方式更加高效、更节省成本。传统的硬模不仅成本较高,而且一旦设计发生改变,就只能束之高阁。
■  验证各种设计方案
希尔斯表示,3D打印灵活性很高,可以承受设计不断更迭变换,从而达到节省成本的目的,更重要的是无需等待。节省成本固然重要,不过时间就是金钱。福特3D打印实验室主管凯伦·欧文斯表示,使用3D打印技术能够快速制模,让设计概念立即展现,这样能够显著加快产品上市时间。
3D打印技术能让车企快速验证各种设计方案,许多车企和零部件现在都选择透明塑料打印零部件,这样能够更清楚地显示零部件在车辆之中到底是怎么运行的。克莱斯勒通过3D打印技术制造了一款透明外壳,以便观察变速器在里面是否得到有效润滑,正常运行。
江森自控汽车座椅增材制造技术负责人布莱南·怀特表示,3D打印技术在汽车业的应用范围越来越广,对于零部件供应商的作用和价值也越来越大。怀特指出,使用3D打印技术,部件快速成型变得异常容易,特别是对于那些拥有复杂外形的汽车。汽车外形越是复杂,越难以通过传统的切割和焊接方法塑造原型。
使用3D打印能够更快地发现机械故障,因为工程师可以更早在开发过程中测试零部件。现在,许多汽车召回都是由于电子设备故障和传感器失灵,而非设计存在缺陷。比起其他原型制造方式,3D打印技术意味着汽车厂商能够一次尝试多种设计,不需要一次又一次测试某一个版本,然后再根据测试结果进行调整。
■  实现量产潜力不大
几乎每一家汽车制造商以及许多零部件供应商,现在都将3D打印技术视为开发产品的一个基本元素。丰田汽车一位发言人表示,该公司广泛使用3D打印技术来评估其人体工程学设计,测试零部件的性能,毕竟在计算机模型上无法体会真实质感。3D打印对于定制化售后配件以及零部件置换市场也深具潜力。比如当一些老爷车原件“寿终正寝”,难以找到替代品的时候,3D打印就能派上用场了。
尽管3D打印技术非常神奇,不过现阶段在整车制造和批量生产过程中的影响力有限。因为现代化汽车制造工艺更加迅速高效,而3D打印由于成本较高、产量较小,因此无法形成规模效应。国际汽车工程协会3D打印技术主管凯文·埃尔斯表示,3D打印成本过高,这是其要实现量产怎么也无法迈过的坎。
不少业内人士也表示,虽然3D打印代表了未来汽车技术的发展方向,目前很多零部件在前期快速成型的时候,已经采取了3D打印技术。不过,整车全部采用3D打印实现量产,难度不小,现阶段可能性并不大。


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