宝马推出第100万个3D打印零部件 汽车3D打印市场方兴未艾

知乎专栏 2019年5月3日18:13:29 评论 0

随着增材制造技术在汽车业应用越来越广泛,汽车制造商和零部件供应商发现自己正置身于一场革命性变革的前沿阵地。事实上,该制造方式还有一个更为人所知的名称——“3D打印技术”。3D打印是以数字模型为基础,将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术,将对传统的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合产生深刻影响,是制造业有代表性的颠覆性技术。

前不久,德国汽车制造商宝马推出了该公司第100万个3D打印组件,即宝马i8 Roadster敞篷跑车的金属车顶支架。据了解,宝马仅用5天的时间就完成了开发,并迅速融入到系列产品的生产当中。宝马采用了惠普的多喷流融合技术,这也是该技术首次用于汽车生产,可在24小时内生产多达100个3D打印的金属车顶支架。

一、生产灵活 自由度高

早在2014年,世界上第一辆3D打印汽车就问世了,不过其中关键的零部件还是在传统流水线上制造的。从目前来看,利用3D技术打印整车似乎并不太现实,但3D打印技术已经可以根据需求定制零部件,甚至批量生产某些汽车零部件。很多汽车制造商都在使用3D打印技术制造用于汽车研发的原型部件和概念车,以及打印操作工具和装配辅助工具。目前,多家车企正在考虑未来5年内使用3D打印机批量生产汽车零部件,尤其是复杂零部件。另外,一些汽车制造商已经开始大量生产需求旺盛的小批量定制零部件,通常是汽车内饰产品。

宝马可以算是该领域的先行者。据悉,宝马集团使用3D打印技术已有超过25年的历史,早在2010年,宝马就开始同时使用塑料和金属打印较小的汽车零部件。在过去10年,宝马利用3D打印技术生产了100万个零部件。该公司表示,仅在2018年,他们使用3D打印机生产的零部件就超过20万个,同比增长42%。宝马集团增材制造中心主任杰恩·埃特尔表示:“我们将继续密切关注3D技术的发展和应用,并且希望可以同该领域领先的制造商进行长期合作。”

事实上,金属车顶支架并不是宝马i8跑车惟一的3D打印部件,甚至不是第一个。第一个3D打印的部件是铝合金车辆软顶附件夹具,它比传统注塑组件更轻,同时更结实,今年该组件还获得了Altair启蒙奖。宝马集团生产战略负责人乌多·亨勒表示:“使用3D打印技术生产的零部件在材料成形阶段给了我们很大的自由度,这些零部件生产耗时短、品质有保证。我们认为增材制造技术的潜力巨大,未来将应用于量产车型、个性化定制车型以及零配件供应等多个领域。”

2018年5月,宝马宣布,计划投资1000余万欧元在德国慕尼黑北部的上施莱斯海姆建立全新的增材制造研发和生产中心。几乎在同一时间,通用汽车宣布,未来将使用Autodesk(一家软件设计和数字化内容创建公司)的新设计软件来生产3D打印产品,制造轻量化部件。近日,梅赛德斯-奔驰也宣布,将借助3D打印技术对特殊经典车型中的天窗滑轨等部件进行小批量生产。此外,还有多家汽车厂商竞相注资与3D打印技术相关的初创公司。未来3~5年,3D打印汽车零部件将迎来一波爆发式增长。

二、 简化流程 降低成本

除了生产灵活以及加快研发速度外,3D打印技术带来的另一大好处在于成本方面,可以让相关车企和零部件供应商在价格上更具竞争力。德国零部件供应商博泽集团就十分看好3D打印技术的前景,并在最近注资了一家初创公司AIM3D。近日,博泽集团首席技术官施博格在接受《中国汽车报》记者采访时表示:“现在使用3D技术打印出来的塑料件和传统工艺制造出来的塑料件相比,虽仍存在表面光滑度和手感等方面的瑕疵,但我们更关注的是这些塑料件带给我们各种各样的新功能。这些3D打印的塑料件是纤维加强型产品,因此在样品生产方面能节省大量时间和精力。我认为,未来10年,3D打印塑料件将在汽车业得到大规模生产应用。”

通用汽车增材设计与制造总监凯文·奎因也是这么认为的,他说:“3D打印技术可以缩短复杂零部件的生产过程、降低相关成本。目前,通用汽车公司生产了一种使用3D打印技术制造的座椅托架。据测算,这种座椅托架比使用传统方式制造的同类座椅重量减轻了40%,而强度要高20%。而且,这一座椅是由一个整体零件组成,而不是由8个单独零件焊接在一起,从而降低了模具和组件方面的成本。”

事实上,通用汽车在30多年前就开始购买3D打印机并用于汽车研发。目前,该公司主要利用它们制造用于汽车开发和空气动力学测试的原型部件。除此之外,通用还利用3D打印技术制造手工辅助工具、夹具、固定装置等,例如有一种辅助工具是帮助工人更好地安装车用防晒板,还有一种可以防止漆面划伤的工具也是3D打印的。奎因说,3D打印原型部件可以节省大量的时间和金钱,同时这也赋予工程师更大的灵活性,使物理配件更加合理地进行迭代。奎因说:“以前,当我们需要制造某个小部件时,比如一个小塑料支架,我们必须制造一个铝注塑模具工具,需要等10到12周才能生产出来。现在只需要几天,甚至几个小时就能利用3D打印机制造出来。”

三、 实现汽车个性化定制

虽然已经有很多车企在汽车制造过程中使用了3D打印技术,但该技术目前主要是用于汽车制造中的装饰性而非功能性配件。来自美国马萨诸塞州的卡里斯汽车咨询公司经理罗希特·马修表示,汽车行业对质量和外观的高标准排除了许多零部件使用廉价3D打印机来制造的可能性。他说:“如果只是打印用于中控台或者其他不可见部位的小配件,那么配件表面的光洁度并不重要,重要的是它的硬度和强度。”从现在的技术看,装饰性而非功能性汽车配件非常适合在3D打印机上生产,例如汽车保险杠上的夹子。

同样,施博格认为未来3D打印最有望大展拳脚的领域是汽车内饰。有了3D打印技术加持,汽车内饰可以拥有更多款式和花样,而且生产也变得更加方便。只不过,现在3D打印的材料品质还达不到传统工艺生产出来的零部件标准,所以尚未大规模推广。“但我认为在未来5年,随着更多创新技术的出现,越来越多消费者会通过3D打印技术来实现自己车辆的个性化需求,就像现在大家定制自己的手机壳一样,可以完全按照自己的喜好来装饰。我认为,这将是3D打印技术给我们带来的最大好处。”施博格如是说。

当前,越来越多汽车消费者追求个性化定制,不少车企也开始从中寻找新的商机。例如,MINI将在美国推出一个定制化项目,利用3D打印技术让车主通过一家个性化网站在线上为他们的汽车设计个性化的内饰和外饰配件。接到订单后,MINI会通过3D打印机将这些配件生产出来。车主能够选择不同的设计模板,还可以自己选择颜色、图案和车身装饰花纹,甚至能在汽车中添加一些个性化的文字,比如车主的名字或者昵称等。

虽然3D打印技术具有较强的灵活性,还能降低汽车零部件生产过程中的成本和时间,但3D打印的零部件在品质、强度和耐久性等方面仍有较大限制,底盘、悬架、发动机、变速器等关键零部件仍需依赖传统制造工艺,至于整车打印现在看来仍很遥远。不过,一些行业分析师认为,一旦3D打印达到足够的规模,将会有一批初创科技公司变身成为新型的汽车零部件供应商。此外,3D打印还有可能影响传统的经销商运营模式。

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