丰田工业引领 3D 打印创新：从原型设计到批量生产

在日本丰田工业公司的研发管理中心，工程师们会刻意为每种应用选择最合适的制造方法，而不是仅仅因为新机器存在就采用新机器。这种做法体现了公司内部良性竞争的文化以及一线员工应该选择自己使用的设备的信念。

丰田工业最初是一家织布机制造商，但如今它负责处理各种研发项目，并为其汽车生产线生产压缩机、发动机、DC-DC 转换器、车载电池和充电逆变器等关键部件。

我们采访了自 2019 年以来一直负责增材制造 (AM) 战略的集团经理 Hiroyuki Oiwa，了解了该公司如何发展其 3D 打印方法。

大岩解释说，丰田集团并不是一个单一的实体。每个子公司独立运营，当需要重叠零件时，内部竞争决定了丰田汽车采用的最终设计。

在汽车领域，丰田工业制造发动机、空调压缩机、DC-DC 转换器、车载电池以及将车辆电压转换为 100V 的充电逆变器，使家用插座能够移动使用。该公司还供应叉车和纺织机械等工业车辆。

丰田自动织机在汽车领域经营的产品（照片由丰田自动织机株式会社提供）

丰田自动织机在工业机械领域经营的产品（照片提供：丰田自动织机株式会社）

当 Oiwa 于 2019 年加入研发管理中心时，唯一使用的 3D 打印技术是用于大型彩色原型的喷墨打印机。尽管输出质量很高，但喷墨技术不适合最终用途零件，促使人们转向更通用的增材制造解决方案。

Oiwa 和制造主管对独立使用熔融沉积成型 (FDM) 打印机的部门负责人进行了调查，成立了“3D 打印机联络小组”，以协调全公司范围内除原型设计之外的采用。

全球量产 3D 打印机研究表明，立体光刻 (SLA) 和选择性激光烧结 (SLS) 是最有前途的技术。

丰田购买了一台 Formlabs Form3 和第二台 SLA 打印机，让团队可以对两者进行测试并选择最合适的。

不同部门为特定工作选择打印机和材料，并分享经验教训。集体偏好最终确定为Form3。

Oiwa 将这一选择归因于材料的多功能性：虽然其他打印机的工业树脂在推出后不久就停产了，但 Form3 支持多种树脂，满足不同的应用需求。

当具有创纪录速度的下一代 SLA 打印机 Form4 进入市场时，丰田与 Harada Vehicle Design 合作采用了它，以满足一线需求。

同样的理念指导了 Fuse 系列 SLS 打印机的采用。尽管最初由于粉末残留和表面光洁度问题而犹豫不决，但 Oiwa 在 Owl Craft 的 Shinya Takei 的演示后被说服了，他展示了成功的最终用途零件和 Fuse Blast 自动化后处理解决方案。

Fuse 系列投入生产后，各个部门的要求成倍增加，包括环境、公关和设计团队。

一个突出的案例是具有复杂线圈绕组几何形状的电机评估组件。 SLA 可以制造形状，但 SLS 提供了所需的机械强度并消除了支撑结构，从而实现了更高的精度。

由于没有支撑材料，SLS 可实现精细的细节，赢得了用户的重复订单和高度赞扬。

为了庆祝丰田百年诞辰，我们使用 PA12 尼龙粉末为新总部大厅打印了一款轻型耐热灯具，其灵感源自自动织机梭。

Fuse 系列提供的精度和细节，加上 PA12 的流行，还生产出了第一代叉车杠杆组，其精致程度给工程师留下了深刻的印象。

当前的请求组合：大约 30% 的夹具和 60% 的原型，其中 40% 用于功能评估，20% 用于测试拟合和形状。

Oiwa 的最终目标是将增材制造规模扩大到大批量生产。

3D 打印室拥有高高的天花板、空气净化器和专用除粉设备（例如 Fuse Sift），以确保安全高效的工作流程。

中期计划包括购买大型粉末床熔合机，例如 Jet Fusion，但战略是在扩大规模之前首先掌握较小的 Fuse 系列装置。

尽管增材制造已经取得了相当大的进步，但大岩承认，大规模生产仍然是日本制造工厂广泛采用增材制造的最后障碍。尽管如此，他仍致力于每年取得进步。

大岩还担任 2026 年上海世界技能大赛日本 AM 队的教练，凸显了他在该领域的领导地位。

丰田的内部竞争文化和给予一线员工自主选择设备的原则加速了该公司的增材制造部署，例如研发管理中心成功部署 Formlabs 打印机。

探索 Formlabs 3D 打印机以了解更多信息，或联系销售人员。