汽车行业的 3D 打印：4 大数字制造趋势

自动驾驶汽车、电动汽车和大规模定制的新趋势正迫使汽车制造商和供应商适应。为了在工业 4.0 时代保持相关性，汽车公司正在加速采用 3D 打印技术。

如今，3D 打印或增材制造 (AM) 用于汽车制造的许多阶段，从原型设计和模具制造到备件和最终部件生产，使汽车制造商能够保持敏捷和创新。

随着 3D 打印在汽车行业的站稳脚跟，我们探索了塑造该行业技术未来的四大激动人心的趋势。

1. 3D 打印将推动汽车电气化

捷普最近的一项调查表明，48% 的汽车制造商旨在成为电动汽车的市场领导者。汽车电气化的这种日益增长的趋势促使 AM 在汽车中的使用越来越多。

随着行业从内燃机转向电动汽车，3D 打印作为一种可以加速发展的解决方案兴起并从根本上改变我们看待汽车零部件设计的方式。

由于衍生式设计等新设计工具的轻量化能力，以及增材制造的灵活性，可以将先进的设计带入生活，这使得后者成为可能。

在接受增材制造媒体采访时，通用汽车公司增材设计和制造总监凯文奎因表示，衍生式设计和增材制造成为推动更轻零件的主要技术只是时间问题。电动车。

但为什么轻量化如此重要？

减轻重量一直是内燃机驱动车辆的目标，以帮助减少燃料消耗和排放。在电动汽车中，减轻重量仍然有助于降低能耗，从而增加给定电池的行驶里程。但还有另一个考虑。

车辆越重，实现既定里程和性能目标所需的电池容量就越大。但是与其他车辆部件相比，电池很重，因此增加电池容量往往会不成比例地增加车辆重量。

这是一个恶性循环，意味着减轻重量——包括整车重量和零部件重量——对于电动汽车来说至关重要。

截至 2020 年，几个电动汽车项目正在在开发和生产中使用 3D 打印。一个例子是 Local Motors 的 Olli，这是一款 3D 打印的自主电动班车，专为当地低速交通而设计。

该班车主要设计用于城市、商业和大学的市中心校园和医院。

那么该公司是如何实现这一目标的？

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——用于生产 Olli 的大部分部件，包括车顶和车身下部。

目前正在全球 13 个地点进行试验的自动驾驶穿梭机标志着一个重要的里程碑在电动汽车生产中使用 3D 打印。

不过，Local Motors 并不是唯一一家追求 3D 打印电动汽车的公司。美国可持续汽车制造商 Arcimoto 正在生产有趣的多功能车 (FUV)，该车采用与 XponentialWorks 合作开发的轻型 3D 打印组件。

零件，包括后摆臂、转向节、上控制臂和制动踏板，使用 ParaMatters 的创成式设计工具为 3D 打印重新设计，重量减轻了 34% 到 49%。

到目前为止，通过重新设计的部件，两家公司已经交付了 200 磅减重目标中的 120 件，并计划在未来几个月内实现最终目标。

随着电动汽车行业不断探索如何最好地利用 3D 打印，未来十年将是加速将该技术用于可持续汽车的关键。

2.在汽车系列生产中集成增材制造

汽车行业是最早采用 3D 打印进行快速原型制作的行业之一。现在，汽车制造商已将间接（例如模具）和直接零件生产确定为 AM 的最终价值主张。

这种焦点转移揭示了一个令人兴奋的趋势：汽车和 3D 打印原始设备制造商正在走向数字化大规模生产。

话虽如此，这段旅程并不完全简单。汽车行业具有独特的生产要求，包括高生产率、低材料成本和高水平的生产自动化。

与此同时，该行业受到需求变化趋势、供应链动态和法规的影响，更不用说大规模定制的驱动了。

为了满足汽车零部件生产的要求，AM 行业必须快速发展。

不过，我们在整个行业中越来越多地看到的是新技术的发展，这有助于实现更大的零件、更高的产量和更快的生产。

这一进步主要是由硬件发展和流程自动化的提高所推动的。例如，金属粘合剂喷射正在成为一种可行的生产技术。与其他金属 AM 工艺相比，它提供了更快的打印速度，这对汽车制造商来说是一个特别的福音。

在自动化方面，汽车制造商正在寻找方法来简化 AM 工作流程的各个阶段。例如，这包括整合设计工具以自动化 DfAM（增材制造设计）、MES 软件以建立工作流程控制和可追溯性，以及集成自动化后处理硬件。

与此同时，满足汽车要求的最终用途材料的可用性正在增加。材料开发公司认识到将 3D 打印与汽车生产相结合的潜力，并致力于推出抗紫外线、耐用的塑料和流行的汽车金属，如铝和钢。

鉴于这些发展，根据 SmarTech 的这份报告，到本十年末，汽车 AM 生产的收入将达到近 100 亿美元。

虽然增材制造符合汽车行业的需求，但使用该技术的最终零件生产才刚刚开始形成势头。在技​​术改进和用于批量生产的新增材制造应用的推动下，这种牵引力将在未来五到十年内加速发展。

3.合作推动汽车增材制造产业化

公司和研究机构都在努力将 3D 打印转化为工业化、高度自动化的汽车制造生产流程。

在最近启动的项目数量上，合作的增加尤为明显。

其中一个项目是去年启动的德国增材制造工业化和数字化 (IDAM) 项目。

十二个项目合作伙伴计划创建能够生产的增材制造生产线在最高的质量和成本压力下，每年至少有 50,000 个零件在通用零件生产中和超过 10,000 个单独和备件。

此外，3D 打印金属零件的单位成本将更高根据该项目，减半。

在宝马集团的协调下，IDAM 项目将在未来两年内运行，帮助在生产中可持续地建立金属 3D 打印。

除了金属 3D 打印外，该行业还寻求推进用于汽车制造的聚合物增材制造。在这方面，POLYLINE 项目标志着汽车聚合物 3D 打印的里程碑。

今年早些时候启动的 POLYLINE 项目旨在克服将 AM 集成到汽车生产线中的现有挑战。例如，项目参与者将致力于开发新标准并创建解决方案以提高生产车间的自动化。

在横向整合方面，该项目将致力于建立数字数据工作流程，以实现更高的效率跨越生产流程和供应链。

这两个项目都位于德国，这并不奇怪，因为迄今为止德国汽车制造商在开发用于最终零件生产的增材制造方面的投资最多。

4.用于联网汽车的 3D 打印电子产品

随着世界进入互联汽车的新时代，汽车内的传感器和天线等电子设备的数量正在增加。随着这种增长，对设计和生产更小、更复杂的电子产品的需求越来越大。

电子产品的 3D 打印正在创造新的方式来生产智能组件以联网车辆和收集汽车数据。

我们以传感器为例。为了使车辆能够收集环境和汽车性能数据，您需要具有无线功能、定制外形甚至非平面几何形状的传​​感器。

传统上，此类传感器与车辆分开制造，需要首先组装，然后运送到制造商，最后安装到组件中。

电子增材制造系统的进步开启了将这些传感器直接嵌入机械部件和车辆结构的机会。与传统组装的传感器相比，这种方法可以带来更高的可靠性和更长的使用寿命。

此外，电子 3D 打印可以降低制造这些传感器的成本和开发时间。

不同汽车中的按钮可能是受益于 3D 打印传感器的一种应用。葡萄牙系统与机器人研究所的研究人员正在开发用 3D 打印触摸传感器代替物理按钮的方法。

Neotech AMT GmbH 是 3D 打印电子硬件的开发商，它看到了 3D 打印电子的另一个潜在应用，即汽车内饰的加热器图案。加热器图案的 3D 打印可以减少它们的重量、零件数量和手动组装步骤。

尽管有这么多好处，但距离汽车用 3D 打印电子元件还有很长的路要走。但随着许多汽车制造商在金属和塑料汽车零部件上采用 3D 打印，3D 打印肯定会更多地用于更轻、更复杂的电子元件。

汽车中的 3D 打印：处于变革的边缘

随着汽车变得更加智能和自主，汽车制造商和供应商发现自己正处于革命性变革的风口浪尖。这些变化也推动了 3D 打印在汽车中的日益普及。

3D 打印帮助公司在生产中变得更加灵活，并开发出使用传统工艺无法实现的更好的汽车零部件。

将 3D 打印技术融入汽车生产本身也已成为一种趋势。汽车制造商与增材制造公司建立战略合作伙伴关系并启动合作项目，以实现增材制造产业化。

虽然这些努力的结果还有待证明，但它们的范围和愿景预示着汽车行业 3D 打印的未来将是光明的。