2021 年汽车行业 3D 打印的 10 个激动人心的例子
本文于 2021 年 5 月更新
汽车行业正面临着方方面面的需求：对更新、性能更好的汽车的需求，以及优化生产和简化供应链和物流的需求。有助于应对这些挑战的一项技术是 3D 打印。
3D 打印在汽车生产的所有领域都得到越来越多的探索。除了广泛用于快速原型制作之外，该技术还用于生产工具，在某些情况下，还用于生产最终零件。
随着汽车 3D 打印应用的范围不断扩大，以下是汽车公司使用该技术提高生产的一些最有前途的例子。
保时捷最近推出了一种利用 3D 打印和格子设计的跑车座椅新概念。
新座椅采用聚氨酯 3D 打印中央座椅和靠背坐垫部分，可通过三个硬度等级进行定制：硬、中和软。
凭借其个性化座椅，这家德国汽车制造商正在从赛车运动领域汲取灵感，在该领域，定制的驾驶员专用座椅安装是一种常态。
保时捷计划最早在 2020 年 5 月 3D 打印 40 个原型座椅，用于欧洲赛道，并利用客户反馈来开发 2021 年年中的最终街头合法模型。
接下来，保时捷希望通过根据客户特定的身体轮廓对座椅进行个性化定制，从而将座椅定制扩展到坚固性和颜色之外。目前，3D 打印仍然是唯一可以实现这种级别定制化的技术。
支架是小而普通的零件，过去很难优化，当时工程师受到传统制造方法的限制。今天，工程师可以设计优化的支架，并在 3D 打印的帮助下将这些设计变为现实。
劳斯莱斯最近展示了支架的 3D 打印功能。该公司展示了大量经过 DfAM 优化和 3D 打印的汽车金属零件，其中许多看起来像是支架。
成本节约、更快的生产和设计优化通常是使用增材制造支架的关键原因。
在劳斯莱斯的例子中，该团队能够将一些非常酷的功能整合到零件中，包括 3D 打印的品牌名称和二维码，以及用于识别特定、独特零件的数字。
在制造过程中添加这些功能只能通过数字制造来实现，因为在生产成本和时间方面，没有任何减法方法可以与之竞争。
另请阅读：应用聚焦：3D 打印支架
福特汽车公司是最早采用 3D 打印的公司之一，大约 30 年前购买了第三台 3D 打印机。
福特于去年开设了先进制造中心，已采取措施将 3D 打印整合到其产品开发周期中。现在，该公司正在寻求将该技术用于制造应用。
其最新车型 2020 Shelby GT500 就是一个例子。据报道，2020 Shelby GT500 将于今年晚些时候上市销售，是迄今为止空气动力学最先进的野马。
虚拟设计测试是高性能车辆设计过程的关键部分。使用虚拟测试，分析了 500 多个冷却和空气动力学 3D 设计，使团队能够达到其下压力、制动和冷却目标。
一旦确定了最有前途的设计，福特的工程团队就使用 3D 打印来创建和测试原型。例如，该团队打印并测试了 10 多种前分离器柳条设计，他们能够同时将这些设计发送出去进行测试评估。
除了使用 3D 打印原型进行设计验证和功能测试外，即将推出的 2020 Shelby GT500 还将采用两个结构 3D 打印制动组件。这些部件采用 Carbon 的数字光合成 (DLS) 3D 打印技术和 EPX（环氧树脂）82 材料制成，并通过了福特的所有性能标准和要求。
有了这些应用程序，很明显福特正在为能够用增材制造做一些令人印象深刻的事情奠定基础。
“增材制造将继续越来越深入地融入我们日常工作中，”福特增材制造技术负责人 Harold Sears 最近在 AMFG 的专家访谈系列中解释道。 “它不会成为规范的例外，而是会因为它的完成方式而被更多人接受。”
展望未来，看到福特如何继续利用 3D 打印的能力来进一步提高其车辆的生产，将是令人兴奋的。
虽然原型制作仍然是 3D 打印在汽车行业的主要应用，但使用该技术制作工具正在迅速流行起来。
一个令人兴奋的例子是大众汽车，多年来一直在内部使用 3D 打印。
2014 年，该公司开始在葡萄牙大众 Autoeuropa 工厂试用 Ultimaker 的桌面 3D 打印机生产模具设备。自从试点成功后，大众汽车几乎完全将其模具生产转向了 3D 打印。
将此技术用于此应用程序会带来许多优势。
在内部生产其工具可将汽车制造商的工具生产成本降低 90%，并将交货时间从几周缩短到几天。举一个例子，据报道，像举升门徽章这样的工具使用传统制造方法需要 35 天的时间来开发，成本高达 400 欧元。使用 3D 打印，同样的工具可以在四天内生产，成本仅为 10 欧元。
2017 年，使用 3D 打印工具为大众汽车节省了近 325,000 欧元，同时提高了人体工程学、生产力和操作员满意度。
在制造辅助工具方面，3D 打印正在迅速发展，作为更成熟的制造工具方式的替代品。几年后，我们可能会看到更多的汽车原始设备制造商转向 3D 打印工具，以提高其生产效率和工具的性能。
另请阅读：使用 3D 打印夹具和固定装置提高生产效率的 6 种方法
如何阻止小偷偷车轮？福特正在通过欧洲的一项计划来回答这个问题，该计划旨在为更防盗的汽车 3D 打印定制的锁紧轮毂螺母。
通常，汽车的每个车轮都有一个锁定凸耳螺母，以防止在没有连接到凸耳扳手的特殊钥匙的情况下将其拆卸。但是这些都是可以被打败的，所以福特是为它的锁3D打印图案，不容易复制。
使用 EOS 的 3D 打印机，福特使用自定义图案为每个客户创建锁。使用来自简单句子的声波模式，可以创建一个完全独特的模式，以类似于指纹识别的方式提供额外的安全层。
设计完成后，锁和钥匙将被 3D 打印为一个不锈钢部件。将两者分开后，只需稍微抛光即可工作。
这些锁的优点是它们几乎不可能被克隆。由于螺母内的肋骨间距不均匀，而且凹痕越深越宽，窃贼不可能在不破坏蜡的情况下对这些锁进行蜡印。
使车轮更安全并提供更多的产品个性化进一步证明 3D 打印是汽车生产的游戏规则改变者。
虽然还有很长的路要走，但许多公司正在努力使完全 3D 打印的汽车成为现实。 Local Motors 总部位于亚利桑那州，是一家以 3D 打印整车为目标的公司。
该公司于 2014 年在国际制造技术展 (IMTS) 上宣布其声称是有史以来第一辆 3D 打印电动汽车 Strati 时引起了轰动。该车是与橡树岭国家实验室 (ORNL) 和辛辛那提公司合作制造的。
两年后，Local Motors 推出了 Olli，这是一款专为当地低速交通设计的 3D 打印自主电动班车。该班车主要设计用于城市中心、商业和大学校园以及医院。
那么该公司是如何做到这一点的？
Local Motors 使用了一些世界上最大的 3D 打印机——ORNL 的大面积增材制造 (BAAM) 和 Thermwood 的大规模增材制造 (LSAM) 机器——来生产 Olli 的大部分部件，包括车顶和车辆下部。
同样，Strati 是使用 Cincinnati, Inc. 的大型 3D 打印机打印的，仅用了 44 小时就完成了。汽车的车轮和轮毂盖是使用直接金属 3D 打印工艺生产的。
自 Olli 首次推出以来，Local Motors 已经测试了 2,000 多种打印材料和强化添加剂的组合，现在能够在大约 10 小时内打印出整个小巴。
Local Motors 将其成功归功于其“数字汽车制造模式”。这种商业模式使公司能够通过与全球专家社区共同创造新设计，以全新的方式将产品推向市场。该公司使用数字制造技术，如 3D 打印，在当地的微型工厂中制造和组装车辆。
3D 打印非常适合这种分布式制造模式，因为它提供了一种快速迭代设计、按需定制零件和产品、节省资源并减少库存需求的方法。
虽然在道路上看到完全 3D 打印的车辆需要一些时间，但像 Local Motors 的 Olli 这样的项目可以让我们更接近这一令人兴奋的可能性。
Local Motors 并不是唯一一家追求 3D 打印汽车的公司。同样，意大利汽车制造商 XEV 正在借助 3D 打印技术开发低速电动 LSEV 汽车。
使用大幅面 FDM 技术和四种不同等级的聚酰胺和 TPU，该公司能够将其生产成本降低 70%，并利用轻量化 3D 打印提供的优势。
成品 LSEV 仅重 450 公斤，只有 57 个塑料部件，这意味着它可以在几天内生产出来。 XEV还决定生产2000台自己的大幅面挤出3D打印机，用于工厂内部生产。
虽然该车将于今年晚些时候开始量产，但意大利邮政服务公司 Post Italiane 已经开始预订，该公司已为其运营委托了 5,000 辆定制车辆。
随着对定制产品和个性化体验的需求不断增长，汽车制造商越来越多地为客户提供定制车辆的能力。
使这种定制在经济上可行的一种方法是使用 3D 打印。
日本历史最悠久的汽车制造商大发于 2016 年为其 Copen 车型启动了车辆定制项目。
通过与 Stratasys 合作，大发客户可以为他们的前后保险杠设计和订购定制的 3D 打印面板，可以选择 10 种不同颜色的超过 15 种基本图案。
使用 Stratasys 的 Fortus 3D 打印机，使用 ASA（一种耐用且抗紫外线的热塑性塑料）打印定制部件。能够快速且经济高效地生产个性化的一次性设计是选择 3D 打印而非传统工艺的关键原因之一。
在欧洲，大众汽车现在正在实施惠普的 Metal Jet 技术，着眼于定制金属部件，如后挡板、换档把手和钥匙环。
该公司计划为其客户提供为这些组件添加个性化字体的选项。大众汽车还指出，这些个性化组件将作为未来两到三年内为其汽车开发 3D 打印结构部件的概念证明。
使用 3D 打印进行定制的优势之一是它允许汽车制造商减少小批量零件的交货时间和生产成本。部分原因是该技术不需要为每个个性化零件创建单独的工具辅助工具——这种前景在财务上是不可行的。
展望未来，汽车制造商仍需要为定制 3D 打印部件开发更多用例，以超越简单的装饰部件。也就是说，随着技术的进步，3D 打印汽车定制的可能性在未来几年内将以更快的速度扩展。
另请阅读：3D 打印和大规模定制：我们今天在哪里？
在一级方程式赛车中，赛车的表现通常意味着胜负之间的差异。然而，设计一辆成功的赛车是一项挑战，尤其是因为所涉及的成本高且需要快速的开发周期。
风洞测试是赛车开发过程的重要阶段之一。
汽车制造商使用风洞来验证和调整赛车的空气动力学特性。在风洞测试阶段，将汽车模型放置在跑步机上，测试汽车在模拟赛车环境中的表现。
目前，3D 打印最常用于赛车运动，以创建要在这款复制赛车上进行测试的零件。例如，据报道，瑞士阿尔法罗密欧索伯 F1 车队使用了 60% 比例的一级方程式赛车模型，其中许多部件是使用 SLS 和 SLA 技术 3D 打印的。
与传统制造相比，索伯的工程师能够以更快的速度和更大的设计灵活性打印前翼、制动管、悬架和发动机罩等零件。
另一个例子来自大众汽车公司，它使用 3D 打印来开发其电动 I.D. R派克峰赛车。只有八个月的时间来开发汽车，大众汽车团队押注 3D 打印来加快进程并满足其开发期限。
该技术用于生产 I.D. 50% 比例模型的零件。 R派克峰汽车。风洞模型的大约 2,000 个单独零件已经制造出来，零件在几天内生产出来，而不是使用 CNC 加工或成型需要几周时间。
通过实现极其灵活且非常快速的开发过程，3D 打印帮助大众汽车赛车运动部让汽车按时上路。这一努力最近得到了回报：就在去年，I.D. R派克峰赛车创造了派克峰赛车爬坡的新纪录。
3D 打印在缩短开发时间方面的有效性已得到证实，现在正在进入可为赛车队提供显着性能优势的终端部件应用。
备件是 3D 打印在汽车中的又一应用——一辆 Porsche Classic 正在充分利用这一优势。
这家德国汽车公司的部门为其老式和停产车型提供零件，并正在使用 3D 打印为其旧库存生产稀有的小批量备件。
其中许多零件不再生产，制造它们所需的工具要么不存在，要么状况不佳。使用传统方法制造新的工具辅助工具本质上成本过高，特别是考虑到所涉及的低产量。
为了解决这些挑战，保时捷经典已开始按需 3D 打印这些零件（金属和塑料）。
打印过程包括用高能激光束以精确的图案熔化金属粉末（或烧结塑料），从而一次将三维物体构建一层。其优势在于无需任何额外工具，仅在需要时制造零件，帮助保时捷节省与使用传统方法制造这些备件相关的工具和存储成本。
很少订购或停止生产的 3D 打印零件是汽车供应链中的一个增长趋势。梅赛德斯-奔驰卡车、大众汽车和宝马也在此应用中采用 3D 打印，使汽车制造商能够降低成本、提高运营效率并优化库存。
另请阅读：3D 打印如何改变备件行业
到目前为止，我们已经看到一些公司为汽车甚至整个车身进行 3D 打印——但是摩托车呢？
虽然目前还没有市售的 3D 打印自行车上路，但有许多项目可以让我们一窥摩托车生产的未来。
APWORKS 的 Light Rider 是将 3D 打印用于摩托车生产的潜力最著名的例子之一。
这家德国公司于 2016 年推出了 3D 打印、拓扑优化的电动摩托车。 该摩托车还展示了 APWORKS 专有 Scalmalloy 材料的特性。使用 Scalmalloy，3D 打印的摩托车车架比传统制造的车架轻 30%。
虽然 APWORKS 在该项目上取得了巨大成功，并且有大量客户想要购买 Light Rider，但能够使生产具有商业可行性仍然是一个挑战。
另一个最近的 3D 打印摩托车示例来自德国 FDM 3D 打印机制造商 BigRep。
该公司的 NERA 摩托车——一个功能齐全的原型——只用了 12 周就生产完成，旨在展示 3D 打印的能力。
为了创建它，BigRep 使用了其大型 3D 打印机和一系列材料，包括 PLA、Pro FLEX（一种基于 TPU 的柔性材料）和工程级 ProHT 灯丝。除了电子设备外，所有 15 个部件都是 3D 打印的，包括轮辋、车架、无气轮胎、座椅和灵活的保险杠。
虽然这些项目和其他项目为摩托车 3D 打印的潜力提供了令人兴奋的一瞥，但距离它们上路还需要很长时间。但是 3D 打印能够制造轻量级部件、提高性能并实现更快、更便宜的生产，这让我们对其未来在该应用程序中的潜力感到兴奋。
展望汽车 3D 打印的未来，该技术将继续渗透到产品开发、生产、组装和供应链中，实现新设计、具有竞争力的商业模式，并最终打造出卓越的汽车。
1.保时捷 3D 打印定制座椅
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9.老爷车3D打印备件
10.未来的摩托车会被 3D 打印吗？
推动汽车生产的未来
虽然此列表展示了 3D 打印在汽车中的关键应用领域，但它只是触及了其可能性的表面。然而，随着汽车制造商认识到该技术在竞争中占据优势的潜力，应用数量肯定会增加。
3D打印