一文读懂3D打印技术在汽车行业的应用

       市场研究机构SmarTech于2015年发表的一份《增材制造在汽车行业的前景：下一个十年的预测》的报告认为，3D打印在汽车行业的应用蓄势待发，并且前景广阔。
       根据SmarTech的报告，3D打印在汽车行业2014年的总市场金额为3.7亿美金，到2023年有望达到22.7亿美金。汽车在3D打印领域的应用从简单的概念模型到功能型原型朝着更多的功能部件方向发展，渗透到发动机等核心零部件领域的设计。未来几年汽车行业研发领域将迎来金属3D打印技术引入爆发期。
       事实上，汽车厂商通过3D打印来完成汽车研发阶段的原型开发与设计 验证早已不是新鲜事，更多的汽车厂商使用3D打印来制造各种模具、夹具等以用于组装和制造过程。可以说3D打印在造型评审、设计验证、复杂结构零件、多材 料复合零件、轻量化结构零件、定制专用工装、售后个性换装件等方面的应用逐渐被越来越多的汽车厂家采用。
       下面，我们通过3D打印在汽车行业的主要应用图表上的逻辑顺序与案例的结合，来一场有关与汽车研发与制造技术的进化之旅行吧… 原型与设计验证
       下图的Stratasys的汽车轮胎原型是为宾利定制的，轮胎与轮毂一次性制造完成，与原车的轮胎大小：1:1;材料名称：VeroGrey;制造时间：188小时28分钟;材料消耗：24995g;支撑材料消耗：27413g        汽车垫子下方是硬的塑料，上面是可以折叠的橡胶材质。当打印像1000x800x500mm这样大型的产品的时候，Stratasys Object 1000 Plus就派上了用场，不仅可以1：1的尺寸制造汽车，航空航天行业需要的原型，而且经济。        该原型材料：VeroClear, TangoBlackPlus; 制造时间：11小时49分钟;材料消耗：TangoBlackPlus 4882g, VeroClear 848 g;支撑材料消耗：12936 g 车身
       Local Motors率先将直接数字制造(DDM)的概念用于3D打印汽车Strati,由美国橡树岭国家实验室领头研发的BAAM(大尺寸增材制造)设备可用于 实际生产。每小时40磅碳纤维增强ABS塑料的沉积速率和大尺寸意味着增材技术可用于大型部件如汽车等的生产。
       Strati的车身主体是一体的，可以用3D打印机完整地打印出来。可拆卸的座椅可以让方便客户选择自己喜欢的内饰颜色和材质来打印。其前大灯、后视镜、挡风玻璃和电子部件中加入了碳纤维以提升其强度，实现了“创新性、复杂性和实用性之间良好的平衡。
       而且很快，客户登陆Local Motors就可以通过在线商场来下单定制自己喜欢的汽车了。        与上述的Local Motors的塑料车身不同，超级轿跑Blade的车身是由铝合金和碳纤维管像搭建积木一样组成的。        Blade主体部件是铝合金和碳纤维，非常轻，速度很快——它的加速度比迈凯轮P1更大，功率重量比是布加迪威龙的2倍。它能够在短短2.2秒内从 0加速至60英里每小时(迈凯轮P1的这个数字是2.8秒)。它的重量只有1400磅，并且安装着一个4缸700马力的双燃料内燃机，可使用汽油或压缩天 然气为燃料。汽车底盘由大约70个3D打印的铝节点组成的，工人手工组装该底盘前后历时仅30分钟。而底盘本身的重量只有61磅。 车内饰
       关于3D打印用于汽车内饰，甚至是外饰的话题，在这里就话不多说了，直接上美图。
标志 宝马 宾利 功能零件
汽车座椅
       丰田汽车与Materialise共同设计的汽车座椅以使得座椅重量更轻，同时舒适感更强。汽车座椅低重力密度区域的镂空处理带来双重的好处。第一个方面，创造了更大的散热能力。第二个方面，节省大量的材料。事实上，汽车座椅的重量减少了高达72%，比原来轻了18公斤。        除了汽车座椅，Materialise还做过汽车方向盘的轻量化尝试。
电容
       之前3D打印技术一般需要对电池的不同组成部件分别进行单独打印，例如电池所采用的阴极、阳极以及电解质等均需要单独打印。3D科学谷认为 Graphene 3D实验室可以进行的多种材料同时打印，大大简化了电池的3D打印过程，在一次打印过程中就可以完成整个电池的打印工作。
       多功能结构电池一经推出便吸引了大量研发团队的关注，其中就包括沃尔沃汽车公司。多功能结构电池研发项目的主要目的就是为车辆电池提供一种具有革命性意义的电能存储方案。
       除了打印电容，来自澳大利亚的一家公司EVX Ventures还在大胆地探索3D打印太阳能汽车。
发动机缸体
       欧洲赛车队通过3D打印技术改善他们赛车的发动机性能。这个项目由位于加利福尼亚的圣克拉拉的FIT Technology Group技术部门来完成的，FIT通过SLM选择性激光融化增材制造技术来制造出新的发动机气缸盖。
       通过选择性激光熔化方案显著提高气缸盖的表面散热面积，减少振动和重量。结果是减少了66%的气缸盖重量，从5095克到1755克，并且体积也从 1887立方厘米减少到650立方厘米。而气缸盖的表面面积从823平方厘米增加到6052平方厘米，主要是通过晶格结构带来的复杂的组织相比，这带来了 更有效的冷却性能，而冷却性能对赛车的性能表现至关重要。 水泵轮
       下图的这个部件是用选择性激光熔融(SLM)技术制造的，该技术主要通过使用激光融化金属粉末制造3D对象。制造完成的水泵轮被安装到一辆宝马 DTM赛车的动力系统中。这使得宝马公司能够快速迭代水泵轮，甚至如果需要的话可以根据具体的比赛条件进行定制。而且无需生产模具，零部件修改需要的成本 接近于零。 散热系统
       热交换器的技术发展在过去20年里几乎可以说是停滞状态，由于传统的、减材制造方法对加工带来很多限制。随着3D打印粉末床选择性金属融化技术的发展，通过增材制造的方式生产的热交换器不但减少了重量，同时提高了热交换接触效率，提升了热交换器的整体性能。 其他零件
       宾利在Speed 6概念车上大胆尝试3D打印技术,其中Speed6车门的铰链就是用金属3D打印的，其镂空的结构看起来就像是一面抽象的英国国旗。 仿生学与未来汽车
       Soulmate是德国博世、EDAG和制造商之间的合作项目结果，EDAG和博世亲切地称其创作的车为“Soulmate”，Soulmate翻 译成中文不仅仅是知己，更是灵魂伴侣，用来比喻车，可见这辆车对主人意识的感知程度是不一般。而这也意味着未来的车将全面接入IoT物联网系统。如此知性 又感性的概念车，3D打印可以说在其中发挥了极大的长处。        轻量化是未来汽车的一大特点。EDAG的设计师从叶子中汲取灵感，把轻量级外壳做到了极致。它的仿生灵感的“骨架”结构完全是3D打印，并覆盖汽车 外层。经过拓扑仿生学优化的车的骨骼结构在承载力低的地方减少材料的使用，在承载力高的地方提高材料的密度，从而成为一种轻质、高效的汽车。重量轻、效率 高，且无任何浪费。        并且，Soulmate发光的外部皮肤可以提醒其他司机，其他车辆盲点上的潜在危险。当在高速公路发生危险的时候，司机也可以让任何一扇门发出红色 的闪光以提示其他的司机。。此外，车辆与人的交互界面可以通过手势控制和通过触觉输入来控制，这使得司机能够保持专注于道路行驶安全上。
另外，3D打印在汽车的研发过程中和制造流水线上所需要的工装夹具也发挥着积极的应用。而对于汽车发烧友，3D打印在售后汽车改装领域打开了另一个想象空间。