3D打印的汽車零件可靠嗎?
魔猴君 知識堂 791天前
3D打印在汽車零部件領域一直以來沒能大規(guī)模應用,除了一些高端賽車,平民車上幾乎很少能夠看到 3D 打印的零件。這是因為,一方面是技術不夠成熟,另一方面比如賽車等產(chǎn)能不大的稀有車型運用 3D 打印效率更高,成本更低。
不過,各家車企對這一技術的重視性已經(jīng)可見一斑了。比如,寶馬集團在3D打印應用領域有著超過 25 年的歷史。在2012到2022年的十年中,他們已經(jīng)利用該技術生產(chǎn)了超過一百萬個汽車零部件。隨著3D打印技術的成熟,寶馬公司僅在2018年3D打印的零部件就超過20萬個,相比2017年增加43%;福特汽車(Ford)也是一家與3D打印行業(yè)合作緊密的汽車制造商,2019年北美國際汽車展上亮相的 Shelby Mustang GT500 便搭載了兩個 3D 打印制動部件,中規(guī)版的 F-150 Raptor 也有一個 3D 打印內飾件。
另一個比較巨頭的玩家就是大眾集團,大眾在沃爾夫斯堡開設了一個 3D 打印中心,專注研究 3D 打印技術在汽車方面的應用。2018年底,大眾集團旗下品牌布加迪推出了世界首個由 3D 打印生產(chǎn)的八活塞卡鉗,該卡鉗由鈦金屬打造,重 6.4 磅,約合 3 公斤,是 3D 打印制造的最大鈦部件。
盡管如此,這個卡鉗依舊比布加迪 Chiron 使用的常規(guī)制造的卡鉗輕 4.9 磅左右,約2.2 公斤。輕量化對于一臺超跑有多么重要,這都是眾所周知的。不為人知的是,制造這個卡鉗其實并沒有大家想象中的“打印”那么容易,它首先需要由 2213 層鈦金屬粉末熔融,從立體光刻到激光燒結,整個過程需要45個小時。接下來,技術人員會清理掉表面殘留的粉末,放在約 700 攝氏度的爐中烘烤。最后是機械加工,并進行物理和化學上的處理。最終 “又帥又硬” 的鈦金屬卡鉗出現(xiàn)在我們面前。
為了早日用到車上,嚴謹?shù)臏y試肯定是必要的,畢竟布加迪的動力性能對制動要求極高。
跑得快,必須剎得住。直接上架子模擬剎車的過程,模擬剎車片從 0 一直加速到 370km/h 的速度,卡鉗開始工作,這個時候剎車片溫度疾速上升,變成了橘黃色,表面溫度達到了四百多攝氏度。此時卡鉗沒有因為剎車片熱衰減而失效。
通過反復的測試,甚至模擬剎車片已經(jīng)開始部分著火熔化,最高溫度達到了上千攝氏度,這塊鈦金屬卡鉗依然穩(wěn)若泰山,將剎車片減速下來,完好無損地經(jīng)受住了嚴酷考驗。
還有,征戰(zhàn)派克峰的電動賽車大眾 ID.R 就使用了大量 3D 打印的零部件;
再有,大眾Type 20概念車的核心元素:橙色輪轂、兩側后視鏡支架、方向盤和其他組件就是用3D打印的。這些產(chǎn)品是由人工智能在Generative Design過程中所創(chuàng)造的。
人工智能的優(yōu)勢在于能夠快速了解工程師在設計過程中優(yōu)先考慮的東西——結構強度、易于生產(chǎn)和輕量化設計等等,而且可以通過迭代升級來滿足這些標準。但是,它設計的復雜結構是傳統(tǒng)方法難以加工的。然而,3D打印是無視結構難度的,對于復雜的產(chǎn)品也一樣能夠快速的打印出來。所以,對于人工智能設計,3D打印制造是一個非常好的搭檔。
又比如奧迪 lunar quattro 月球車的車輪:雖然開發(fā)過程中為了增加穩(wěn)定性而增大了輪胎尺寸,但通過3D打印以及輕量化材料的應用,這款月球車的車身重量從38kg降低至30kg,也就是66磅。
在一些老車修復過程中,部分稀缺零部件因為時間和產(chǎn)量的關系很難找到,這個時候 3D 打印就可以派上用場了,像經(jīng)典老車保時捷 959 的離合器釋放桿現(xiàn)在只能用 3D 打印生產(chǎn)了,3D打印技術可以非常逼真地去還原老部件,做到一樣一樣的。
前些年,米其林與通用汽車在蒙特利爾Movin'On峰會上推出了一款代表新一代無氣輪技術的3D打印原型輪胎。輪胎的名稱Uptis代表“獨特的防刺穿輪胎系統(tǒng)”,專門為乘用車創(chuàng)造。這款新輪胎不單只是適合那些厭煩修復穿孔輪胎的人,米其林還表明,由于制作過程中使用的原材料很少,并且這些原材料都是環(huán)保的,所以這款輪胎百分百可持續(xù)。目前,預計每一年都會有2.9億個傳統(tǒng)輪胎因為不規(guī)則磨損等損壞被丟掉,因為Uptis沒有空氣特性,輪胎比傳統(tǒng)輪胎更堅固,這一點也意味著因磨損而被丟棄的輪胎會越來越少。
3D 打印在汽車零部件方面的應用還有很多,當技術足夠成熟的時候,它能夠有效地降低零部件的生產(chǎn)成本,實現(xiàn)隨心所欲的定制化。最終它肯定也不會只是高端車型的寵兒,而是成為普惠于民、真正意義上的黑科技。
不僅是汽車零件,3D打印在整車制造上也很優(yōu)秀!據(jù)初創(chuàng)公司X Electrical Vehicle Limited(XEV)消息,其3D打印電動車LSEV將于今年正式上市,新車或率先在歐洲和亞洲市場推出,起售價約為1萬美元,最大續(xù)航里程約150km。該款車型除了底盤,座椅和玻璃組件等,其他主要零部件均采用了3D打印技術制作,目前XEV公司已與上海的一家新材料研發(fā)商——Polymaker開展合作,增強其材料性能并提升車輛的靈活性與穩(wěn)定性。常規(guī)車輛的零部件數(shù)量通常在2000個左右,而LSEV的零部件數(shù)量只有40-60個,且根據(jù)安全性評估,這類3D打印車輛的強度是常規(guī)車輛的4-5倍。若采用3D打印技術制造車輛,可將生產(chǎn)周期縮短四分之三,成本也能降低90%。LSEV采用C2M的制造模式,這意味著客戶可以直接聯(lián)系工廠訂購車輛,且3D打印技術也讓車輛設計更加靈活,更能符合定制化的需求。據(jù)XEV表示,目前已經(jīng)接到了近7000輛的訂單,根據(jù)計劃會在2019年開始向歐洲和亞洲的客戶交付LSEV,這無疑是3D打印在汽車行業(yè)的又一次重大突破!