导读:随着3D打印技术的发展,越来越多的汽车制造商正积极将其引入生产流程,以此提升制造效率、优化设计,并提供更加个性化的车辆。无论是电动汽车、大众市场车型还是奢华豪华车,3D打印已经逐渐成为汽车行业价值链中的一部分,并且正逐步替代或补充一些传统工艺。
来源 | 3dnatives
作者 | Madeleine P.
编译 | 资源库
据数据显示,2023年,全球汽车3D打印市场规模达到47亿美元,预计到2032年年均增长率将达到14.2%,这一增长主要得益于对定制化车辆需求的不断攀升。那么,3D打印在汽车行业中具体是如何应用的?它又有哪些优势呢?
为了深入探讨这些问题,我们将聚焦使用3D打印技术的欧洲汽车制造商,并梳理这些品牌在生产成品零件、制作功能原型、定制工具或其他独特元素方面的应用。接下来,我们将按国家/地区分类,列出这些企业的3D打印项目。
德国
德国汽车工业以其高质量和创新能力享誉全球,3D打印技术在该国有着深厚的历史积淀。宝马和大众等知名品牌已在3D打印领域深耕了20至30年之久。而如今,保时捷、奥迪、梅赛德斯-奔驰、欧宝等主要汽车品牌也纷纷涉足3D打印领域,建立了专属的3D打印中心和研发部门。
3D打印在整个生产链中发挥着关键作用,涵盖从经典车型的研发到装配与修复等各个环节。目前,越来越多的汽车零部件(如车身和传动部件)以及内饰部件都通过3D打印制造。
为满足多样化的制造需求,德国制造商采用了多种3D打印技术与材料。例如,保时捷在2020年利用激光粉末床熔融(LPBF)技术制造了电动机外壳,并通过SLM Solutions的解决方案优化了拓扑结构,显著减轻了零部件的重量。
3D打印工装夹具,图片来自:宝马
而宝马则在其整个生产链中运用了包括SLS、大规模打印和近期的金属丝弧增材制造(WAAM)等技术。2023年,宝马位于Oberschleißheim的中心通过增材制造生产了超过30万个零件。
戴姆勒的移动3D打印中心,图片来自:梅赛德斯-奔驰
此外,大众汽车在其沃尔夫斯堡工厂主要聚焦金属3D打印,并在埃姆登校区为学员介绍了FDM技术及其应用优势。同时,梅赛德斯-奔驰将3D打印主要用于维修服务,建立了配有数字孪生技术的移动3D打印中心,为其巴士(戴姆勒卡车和巴士)在当地生产备件。
法国
在法国,雷诺、Alpine、标致和布加迪等品牌早已将增材制造技术融入日常生产。由于品牌定位不同,各集团的3D打印应用也各有侧重。例如,布加迪致力于通过3D打印减轻超级跑车部件的重量,以进一步提高车辆性能。
超级跑车Tourbillon采用3D打印底盘,图片来自:布加迪
该品牌近期设计了一款采用金属3D打印技术制作的底盘,将悬挂重量减轻了45%;还利用激光粉末床熔融技术(LPBF)制造出了全球最大的钛合金3D打印制动钳。
雷诺则注重将3D打印技术内部化应用,在弗林斯建立了一个3D打印中心,集成了FDM、多喷射熔融(MJF)和后处理等技术。该制造商既生产功能原型,也打印成品部件,例如汽车内饰的可定制元素,或者限量900辆的Alpine A110 R的内后视镜盖。
标致308内饰定制部件,图片来自:标致
标致则与多家服务供应商合作,利用增材制造来设计部分汽车零部件,并在快速成型领域有所投入。
西班牙
几年前,3D打印在西班牙的汽车制造业中还相对不发达。然而,如今增材制造在西班牙汽车行业已广泛应用于零部件生产。根据西班牙国家汽车零部件生产商协会(Sernauto)报告,西班牙是欧洲第四大汽车零部件生产国,相关行业中有1000多家企业。SEAT、CUPRA和LIUX等品牌如今都在生产工艺中运用3D打印技术。
3D打印工作车间,图片来自:SEAT
作为大众集团成员,SEAT和CUPRA在其增材制造中心运用了多种3D打印技术,如MJF、SLS、FDM和PolyJet。SEAT的增材制造零件80%为原型,其余为零部件和工具。
Animal电动汽车,图片来自:LIUX
LIUX是一个致力于通过创新技术改变电动汽车产业的西班牙品牌。其最具代表性的成果之一是LIUX Animal,这是一款由可回收材料或植物材料3D打印而成的电动汽车。通过增材制造技术,LIUX成功降低了70%的能耗,减轻了车身重量,缩短了生产周期并减少了二氧化碳排放。
英国
谈及英国的汽车制造业,人们自然会想到宾利、捷豹、劳斯莱斯等生产高端豪华车的品牌。这些制造商也正逐渐将增材制造技术引入生产流程,包括宾利、迈凯伦和MINI在内的知名汽车品牌都在利用3D打印技术。
Valiant超跑,采用3D打印后副车架,图片来自:阿斯顿·马丁
这些品牌运用3D打印的方式之一便是定制独特跑车,这与英国汽车业一直以来奢侈、豪华的形象十分契合。阿斯顿·马丁早在2021年首次尝试聚合物挤压技术,近期又借助金属3D打印技术开发了新款Valiant,这是一款可合法上路的赛道版车型。而劳斯莱斯不仅在航空航天领域以金属增材制造著称,还将金属和聚合物3D打印应用于其汽车领域,最近的代表车型是特别定制的La Rose Noire,其中包含一个3D打印的下进气歧管。
宾利克鲁工厂包括多种机器,图片来自:宾利
当然,英国汽车制造商不仅仅利用增材制造来定制车辆。宾利在其Crewe工厂建立了自有的3D打印中心,2021年生产了超过15000个零件,2022年工厂进一步扩建,3D打印的应用范围包括原型制作、个性化和小批量生产。同样,捷豹也在2020年成为首批引入增材制造中心的公司之一,其中捷豹XE SV Project 8成为了首批搭载3D打印终端部件的汽车之一。
迈凯伦与Stratasys达成合作,在其赛车部门引入了增材制造技术,最近还与Divergent Technologies签署了合作协议,将增材制造技术引入下一代超级跑车的生产。减轻车辆重量和提升动态性能成为迈凯伦采用增材制造的主要驱动力,展示了英国汽车制造商在增材制造领域的广泛应用。
意大利
意大利主要的汽车制造商,包括法拉利、玛莎拉蒂、兰博基尼、帕加尼、达拉拉、菲亚特和阿尔法罗密欧等品牌,均已采用或尝试了3D打印技术,用于制造原型和终端部件。增材制造技术使这些制造商提高了车辆的生产效率与性能。位于意大利汽车谷的企业以豪华和定制为特点,而定制正是增材制造的核心优势之一。
比赛中的法拉利跑车,图片来自:法拉利
例如,法拉利已尝试了金属3D打印,使用DMLS技术为其车辆(包括F1赛车)制造更高性能的金属部件和空气动力学组件。玛莎拉蒂的MCXtrema则采用了3D打印车身设计,并借助PolyJet技术定制了车辆座椅。
Sián采用了3D打印部件,图片来自:兰博基尼
兰博基尼在增材制造方面也颇具代表性,其3D打印车型Sián广受关注。这一选择不仅是因为3D打印能实现小批量生产,更是因为它能够提供广泛的内饰和外饰定制选择。包括进气口、连接器、支架和外壳在内的元件,均采用SLS聚合物技术3D打印。意大利汽车行业也涌现了一些新兴企业,例如XEV,该公司开发了Yoyo,这是一款采用3D打印车身的小型电动汽车,旨在提供更具活力和可持续性的出行方式。
瑞典
瑞典拥有沃尔沃和科尼赛克等知名品牌,近年来在制造流程中引入了3D打印技术。沃尔沃作为全球汽车市场的重要参与者,采用了Titomic开发的创新冷喷涂技术,这项技术能够在表面沉积特殊金属而不使其熔化。沃尔沃卡车特别在重型车辆发动机的维护、维修和大修过程中运用了这项技术。
图片来自:科尼赛克
科尼赛克(Koenigsegg)则以混合动力超级跑车闻名,该公司在生产中广泛应用了3D打印技术,利用FDM和树脂打印机制造了数千个零部件。其创始人兼CEO Christian von Koenigsegg表示,他们为3D打印工艺自制树脂,并制造了电子控制器外壳、喷雾器喷嘴、散热片以及其他高温部件。科尼赛克还利用3DPrinterOS软件来改进生产流程,通过3D打印实现快速原型制造和组件测试,从而提升生产效率并降低成本。
捷克共和国
作为大众集团成员的斯柯达汽车是捷克共和国最大的雇主,多年来一直利用3D打印技术开发新车型、生产原型、制造备件并在批量生产中测试材料。在姆拉达博莱斯拉夫的主要工厂,生产和物流部门设有一个3D打印农场,配备了约50台打印机,包括Prusa型号。这些设备能够快速准确地生产复杂零件。
通过3D打印的工装夹具,图片来自:斯柯达
凭借这项成功举措,斯柯达将塑料3D打印拓展到其他工厂。增材制造使斯柯达的技术团队能够在内部开发原型和备件,减少对外部零部件的依赖,带来了更快的生产速度、更高的效率和更低的成本。斯柯达生产和物流主管Michael Oeljeklaus补充道:“我们使用3D打印技术更快、更高效、更低成本地制造零部件和工具,充分利用工业4.0的优势。”
奥地利
红牛车队正积极将增材制造技术融入一级方程式赛车中,以减轻赛车重量并优化性能。在与合作伙伴Hexagon Manufacturing Intelligence达成了长达18年的合作下,红牛车队通过3D打印将制造错误率降低了50%。
图片来自:红牛车队
在实际生产之前,车队利用数字孪生和仿真技术对赛车进行测试,设计环节采用CAD软件,而制造阶段则主要依靠立体光刻(SLA)技术。这使得原型与零件得以快速创建,加速开发周期并提升可靠性。
红牛车队工程主管表示:“没有3D打印,我们无法在赛道上保持竞争力。”此外,3D打印还用于制造无人机,以评估赛道表现,通过快速引入创新为车队带来了战略优势。人工智能技术也助力优化设计流程,使赛车适应不同的气候条件。
事实上,在欧洲汽车制造商纷纷采用3D打印技术的同时,中国车企也不甘落后,积极探索增材制造在汽车领域的应用。包括上汽集团、吉利、比亚迪、蔚来汽车等行业巨头均在不同程度上开展了3D打印相关项目。
全球汽车产业正在经历一场变革,3D打印技术以其独特的优势正在不断影响汽车设计、生产与服务的各个环节。无论在欧洲还是中国,越来越多的车企正加速布局3D打印,推动行业迈向更高效、更绿色、更个性化的未来。
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