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2019-08-19 | 星期一

3D打印技术正迅速改变汽车制造方式

发表: 2019年03月11日

3D打印技術為汽車工業未來帶來的最主要改變之一就是輕量化,它可大幅降低汽車的重量,從而提高能源效率,打造美觀愜意的汽車。(Getty images)
3D打印技術為汽車工業未來帶來的最主要改變之一就是輕量化,它可大幅降低汽車的重量,從而提高能源效率,打造美觀愜意的汽車。(Getty images)

文/陆晓月  

在2014年芝加哥国际制造业技术展会上,一家鲜为人知的汽车制造商Local Motors当场制造了一辆汽车,从而名声大噪。这款碳纤维材料与ABS防锁死煞制混搭的汽车功能齐全,在44小时内通过3D技术打印成型,并在两天内组装起来。该车被称为Strati,意大利语意为「层」,之所以如此命名是因为它的整体结构是由不同材料的层所建造的。  

那是4年前的事情,全球的汽车制造商当时就已意识到,汽车行业正在经歷一场重大变革。如今,创成式设计(generative design,通过将参数输入软件而自动生成产品模型的一种方式)、增材制造(additive manufacturing,即3D打印)以及新材料正在使汽车制造商得以生产更清洁、更轻盈、更安全的汽车,并以更低的成本、更快的速度生产它们。3D打印不仅为我们提供了更经济实惠、而且技术上也更为先进、环境更加友善的汽车。  

3D打印技术为汽车工业未来带来的最主要改变之一就是轻量化,它可大幅降低汽车的重量,从而提高能源效率,打造美观惬意的汽车。  

在当今全球日益变暖的大背景下,几乎所有汽车制造商都无法迴避减少温室气体排放和提高能源效率的严苛立法,尽管无法找到单一的解决方案,但轻量化本质上无疑是自然、有创意的回应。此外,由于我们很快将迎来电动汽车时代,作为动力系统新形式的电池令很多制造商感到困扰:电动汽车不得不搭载高密度、分量重的电池以获取更多的电量,另一方面却又亟需限制车身重量以便增加续驶里程。  

GM(通用汽车)相信,更轻的零部件是提高性能、尤其是电动汽车性能的关键,而减轻底盘及其整车重量正是3D打印的用武之地。利用3D打印来制造排档桿、进气歧管、门把手等对于Volkswagen(大众)之类的制造商而言已不是问题。Bolt之类的电动车很快也将採用3D技术打印部件。在打印汽车的整体框架方面,几家汽车制造商已走在了前面。Peugeot(标緻)与Divergent 3D公司建立了合作伙伴关系,后者3D打印的全球首款超级跑车Blade(刀锋)配备了碳纤维车身和轻如空气的底盘。德国工程公司EDAG 2014年推出了3D打印的一款豪华车底盘,它集美观与强壮于一身,其轻量化样车被钢或铝的网格状框架所包围。  

个性定制是3D打印的另一大亮点。这项技术可使用各种材料来制造具有复杂细部的任何产品,而且这种定制基本上是免费的。试想,你可根据自己的需要在网上订购一辆新车、第二天将其取回或将其快递到家,而费用仅为经销店里汽车的一小部分。Local Motors总经理John B. Rogers Jr.认为,不久的将来,一辆汽车将在60分钟内制造出来。该公司正在打造一个世界范围的「微型商店」网络,在那里你可以订购个性化汽车。  不仅汽车可以实现个性化,而且用来建造它们的工具亦如此。以BMW(宝马)为例, 它如今正使用增材制造来生产定制的手工工具,后者符合人体工学,重量非常小,而且总成本减少了一半以上。  

3D打印技术给汽车工业带来的裨益并非局限于轻量化和个性化,它使我们能以更卓越、结构更精细的方式更快地生产汽车,而材料、人工和设计方面的成本很少。不久前,GM与Autodesk公司建造了一个汽车座椅框架,它比以前轻了40%,同时也强壮了20%。虽然典型的座椅托架是多个不同部件拧紧并在适当的地方黏连在一起,这个3D打印的托架却只是单一部件 —— 没有任何接头和边缘。  

复合材料在3D打印中得到了充分的利用。它比传统材料轻,且经过特别合成后比现有材料更强韧。3D打印有效地减少了零部件的数量。普通的汽车有20,000多个零件,但这项最新技术将零件数量减少到40个。此外,减少汽车的接头和铆钉意味着减少异常,进而提升汽车的整体内外质量。在结构中具有较少的运动部件提升了它的整体强度并使其更耐用。John B. Rogers Jr.指出:「目标是减少零部件数量,并将模具成本降至几乎为零。」再者,3D打印使汽车制造商在组件採购时对第三方供应商的依赖度减小。从物流的角度来看,这将从根本上简化制造过程。  

藉助3D打印技术,汽车制造商可提供网格结构之类的复杂构型,从而减轻重量,并通过空洞结构集成电气线路。以前在传统制造过程中成为绊脚石的设计限制正在得到克服。复杂设计没有额外的加价,而增材制造为无穷的创新打开了大门。这一轻松解决方案为日趋复杂的设计释放出无限的潜力。将它与人工智能为导向的拓扑优化(topology optimization)相结合,成就了比CAD软件传统建模复杂得多的设计。  

毋庸讳言,3D打印在汽车领域的发展是颠覆性的。尽管在过去的一个多世纪里,汽车工业与集中的工厂和全球供应链密不可分,然而如今任何拥有3D打印机和互联网连接的人都可以打印并安装他们自己的汽车零部件,有效地打破了行业对经销商和授权机制的依赖。这种发展正在缓慢地创造一种完全基于新兴技术的全新汽车工业。  

在当今的数字新世界里,旧世界制造业无法生存。留在快车道内的汽车公司将是那些採用最前沿技术--包括创成式和增材式设计、认知人工智能和机器人技术--这样它们才不至于在数字经济中被他人甩在后面。新技术造就更快、更智能、更轻盈、更强壮的汽车,而且对于消费者和制造商而言最重要的是,生产和拥有的成本效益改善。它们的外观将更为靓丽、更加节能、而且对环境的影响会小得多。  

一旦创成式邂逅增材式,我们就可能制造出以前认为根本无法制造的东西,彻底改变如今汽车的制造方式。

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