智能制造暨3D打印技術(shù)在汽車定制領(lǐng)域的應(yīng)用

楊永志 王雷雷

[摘 ?要：隨著社會(huì)發(fā)展，人們對(duì)汽車的性能和審美要求不斷提高，各種新概念汽車不斷發(fā)布，這些車采用新型的材料、新型的工藝、新的加工技術(shù)，不斷提高整車性能，采用新能源動(dòng)力系統(tǒng)，降低汽車重量，提高汽車?yán)m(xù)航性。在新汽車領(lǐng)域中除新能源外，新工藝的應(yīng)用也愈加突出。其中越來(lái)越多的客戶喜歡通過(guò)私人定制凸顯個(gè)體的不同或品味，3D打印增材制造技術(shù)在汽車領(lǐng)域中開始火熱起來(lái)。本文對(duì)增材制造技術(shù)在汽車領(lǐng)域的制造和定制進(jìn)行簡(jiǎn)要的概述，就3D打印增材技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)汽車部件的整合、整機(jī)重量的降低、以及樣式定制進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：汽車定制;3D打印;增材制造 ]

一、3D打印技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)汽車生產(chǎn)帶來(lái)的變革

汽車定制公司Hackrod與Siemens PLM Software達(dá)成合作，旨在實(shí)現(xiàn)民用工程設(shè)計(jì)和制造的自主化，為消費(fèi)者提供設(shè)計(jì)自己的3D打印汽車的機(jī)會(huì)。Hackrod正在為一款名為“La Bandita”的汽車創(chuàng)建部分3D打印件。它是全球首款采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)的AI工程3D打印車。該公司已經(jīng)與3D打印軟件巨頭Autodesk合作，并且現(xiàn)在與西門子 PLM Software簽署了合作協(xié)議，以加速實(shí)現(xiàn)“消費(fèi)者成為汽車領(lǐng)域創(chuàng)造者的工程設(shè)計(jì)和制造自主化的共同愿景”。

采用傳統(tǒng)的汽車制造方法，可以實(shí)現(xiàn)定制汽車解決方案的快速原型設(shè)計(jì)，并將消費(fèi)者作為汽車領(lǐng)域的共同創(chuàng)造者?？傊?，客戶可以設(shè)計(jì)他們的汽車，而Hackrod將使用特殊軟件創(chuàng)建原型，并利用3D打印技術(shù)打印它們。此外，最初Hackrod將使用設(shè)計(jì)模板供客戶選擇。更簡(jiǎn)單的在于，孩子通過(guò)汽車涂鴉便，然后將涂鴉的作品變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

汽車定制公司Hackrod的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員由一位電影導(dǎo)演和一位航空航天工程師組成，旨在快速實(shí)現(xiàn)汽車定制方案的原型機(jī)，使消費(fèi)者也參與到汽車設(shè)計(jì)中，成為車輛的聯(lián)合設(shè)計(jì)師。Hackrod目前正在宣稱世界上第一輛以虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)的汽車，由人工智能設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮先進(jìn)制造的潛力，并由未來(lái)的供應(yīng)鏈提供。一旦技術(shù)得到充分發(fā)展，只有硬件集成，工程分析等等才會(huì)以數(shù)字方式完成。其他一切都將由客戶自定義。

二、3D打印技術(shù)用于汽車個(gè)性化定制

目前許多汽車制造商都采用3D打印技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，但寶馬已經(jīng)成為該領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，使用該技術(shù)已超過(guò)25年。寶馬和其他汽車制造商有很多理由轉(zhuǎn)向3D打印，例如節(jié)省時(shí)間和成本、生產(chǎn)輕量、高效及復(fù)雜零件的能力，但3D打印還有一些簡(jiǎn)單有趣的好處，如個(gè)性化定制。

寶馬的新款MINI可以通過(guò)多種不同方式為用戶進(jìn)行個(gè)性化定制，例如3D打印圖案、圖片、形狀和儀表板和手套箱上的字母等。據(jù)寶馬稱，你甚至可以要求在街上投射你的名字的LED燈也可以進(jìn)行定制。寶馬是第一家將汽車個(gè)性化推向這一級(jí)別的公司，是在比利時(shí)公司Twikit的幫助下實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程，該公司的軟件平臺(tái)強(qiáng)調(diào)3D打印定制的可能性。

寶馬 MINI的客戶可以在線設(shè)計(jì)自己的汽車，并將數(shù)字文件發(fā)送到生產(chǎn)商，在那里使用3D打印、激光切割和其他先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行制造。

Twikit現(xiàn)有33名員工，它是由Hoppenbrouwers、Martijn Joris和George Lieben于2012年創(chuàng)立，目前在全球范圍內(nèi)變得十分活躍，特別是在歐洲和美國(guó)。除了與寶馬合作外，Twikit還為假肢和矯形器、珠寶、電子產(chǎn)品及門窗等行業(yè)提供個(gè)性化生產(chǎn)服務(wù)

三、3D打印汽車零配件的代表——輪轂

隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，大到航空航天、醫(yī)療人造骨架，小到汽車模型、手機(jī)殼，幾乎融入了我們生活的全部。全球知名輪轂品牌HRE，向世界展示了其制造的一款全新3D打印鈦合金輪轂。

HRE這個(gè)輪轂品牌是輪轂品牌中的老牌勁旅，高昂的售價(jià)讓不少玩家都望而卻步，但其設(shè)計(jì)卻極其前沿。如圖HRE和GE Additive共同開發(fā)了這款讓人震撼的作品。

這款輪轂采用電子束熔化（EBM）技術(shù)打造，其原理是通過(guò)電子束將鈦粉末融化，變成固體，一層一層不斷重復(fù)，逐漸地，這些層堆積起來(lái)，就形成輪子的輻條。

但不只是這樣就完成了，因?yàn)榇蛴r(shí)需要臨時(shí)的一些部分對(duì)零件的支撐，所以后續(xù)還要將這些部件手動(dòng)移除，并將移除的部分加以回收利用。最后還需要將裝配螺絲孔經(jīng)過(guò)CNC加工，這樣做的目的也是能夠嚴(yán)格確保組裝的精密程度。

由于鈦這種材料具有較強(qiáng)的防腐蝕性，因此這款輪轂并不需要額外的保護(hù)圖層，但為了視覺(jué)效果，還需要手工進(jìn)行拉絲工藝的處理。

EBM這種工藝大大有效降低了材料的浪費(fèi)，可將材料浪費(fèi)度減少至5%，相對(duì)于傳統(tǒng)鍛造工藝減少了80%的材料浪費(fèi)。作者認(rèn)為，這款輪轂的誕生是HRE向全世界證明其擁有并掌握了這項(xiàng)技術(shù)，而并非能在短時(shí)間內(nèi)將這款輪轂量產(chǎn)。

這個(gè)輪轂名叫HRE three D +，是世界首款3D打印輪轂，也只有HRE這個(gè)輪轂品牌中的大佬，能有魄力放手傳統(tǒng)的鑄造鍛造工藝，將3D打印與鈦合金結(jié)合，開拓新的道路。

它主要有兩部分組成，輪輻是經(jīng)過(guò)3D打印的鈦合金，通過(guò)電子束將鈦粉末融化變成固體，很多層堆積起來(lái)就形成了輪子的輻條兒，輪輞機(jī)體則是采用了碳纖維材料，另外裝配螺絲孔需要經(jīng)過(guò)CNC加工來(lái)確保組裝的精密度，最后用多個(gè)鈦合金螺絲將輪輻和輪輞裝配在一起就完成了整個(gè)輪轂。

使用碳素材料有很多好處，這種材料不僅輕還有較強(qiáng)的防腐蝕性，因此并不需要有額外的保護(hù)涂層，更有意義的是，這種新的制作方法能大幅減少材料的浪費(fèi)，用傳統(tǒng)工藝制造鋁制輪轂時(shí)，要移出80%的材料才能成型，而制造HRE three D plus只需要浪費(fèi)原來(lái)5%的材料，它特殊且復(fù)雜的造型又能呈現(xiàn)出極佳的視覺(jué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]羅益峰.汽車用新材料的最新進(jìn)展——輕量、節(jié)能和環(huán)保[J].紡織導(dǎo)報(bào)，2017（03）：39-43.

[2]儲(chǔ)亞婷.基于電動(dòng)汽車與智能汽車發(fā)展前景的研究[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2017（01）：3-4.

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