塑造当今汽车制造业的 5 大趋势

作者：Fast Radius 大客户经理 Shant Alexanian

汽车制造业面临的最大挑战之一是不断推动技术的发展，使工程师能够生产重量更轻、强度更高、成本更低的零件。这促使许多制造商寻找创新的新材料和新方法，以更有效地满足不断变化的消费者和行业需求。

以对电动汽车的需求为例。目前，市场需求超过了汽车行业以消费者可以接受的价格提供电动汽车的能力，部分原因是电池制造商开始达到当前技术的极限。

然而，动力总成技术的新设计——将电池能量转换为电机交流电源的系统——包括碳化硅 (SiC) 半导体技术，它提高了电池的效率，同时使它们的制造更具成本效益。虽然只是一个例子，但动力总成技术的发展证明了整个汽车制造业正在发生更大的运动——这一运动的定义是更加关注成本和燃油效率、可持续性和个性化。以下是 2020 年汽车行业的一些主要趋势。

1。轻质、省油的材料

许多汽车部件传统上是由铁和钢合金制成的，这两种材料都是坚固但重的材料。然而，制造技术的发展使汽车公司能够用一组新材料（包括铝、镁、高性能塑料、碳纤维和其他复合材料等）取代这些金属部件，这些材料明显更轻，强度和性能相当。刚性。这使制造商能够满足消费者的需求和日益严格的联邦燃油经济性标准。

根据美国能源部 (DOE) 的说法，在汽车设计中加入创新的轻质材料可以将底盘重量减轻多达 50%，重量每减轻 10% 可以将燃油效率提高多达 8%——制造商已经证明的好处。当福特在 2015 年推出全铝 F-150 皮卡时，该车被证明比市场上的钢制皮卡轻得多，从而为卡车提供了一流的燃油经济性。

随着汽车行业向电气化方向转变，轻质材料变得尤为重要，因为它们使汽车能够在不增加车辆质量的情况下搭载更先进的安全、电子和排放系统。根据美国能源部的数据，到 2030 年，即使 25% 的轻型汽车采用轻质部件和高效发动机，消费者每年也可以节省 50 亿加仑或更多燃料。提高燃油效率也扩大了电动汽车的续航里程。

碳纤维是一种强度和刚度对制造商有吸引力的材料。这是因为它使工程师能够制造出质量显着降低但性能特征与轻金属和其他复合材料制成的部件相当的部件。

然而，由于碳纤维的生产需要极其精密的制造方法，因此它是一种劳动密集型且价格昂贵的材料。虽然目前对碳纤维的大部分需求来自航空航天和能源领域，但更多的碳纤维可能会被纳入汽车设计，尤其是随着制造工艺变得更加先进和成本效益更高。

2。自动化和自动驾驶汽车

自动化是另一个关键的汽车制造趋势。通过利用人工智能、机器学习和物联网 (IoT) 技术的力量和效率，汽车公司正在提高车辆的安全性和效率。

物联网技术尤其有望改变汽车行业。无人驾驶汽车曾经似乎是不可能的，但如今的制造商正在创造智能汽车，这些汽车会根据其他自动驾驶汽车捕获的实时数据更新其驾驶算法。

这些数据被上传到云系统、分析和重新分配，以改善整个车队的自动化功能。这也使汽车能够使用由高功率摄像头、激光和远程传感器组成的复杂系统来提供自适应巡航控制或检测车道偏离，从而提高乘客的安全性。

此外，COVID-19 大流行也凸显了自动驾驶汽车的一些潜在好处——特别是它们无需进行可能暴露风险的人与人之间的互动即可运送杂货、药物和其他物品的能力。

3。电动汽车

虽然电动汽车以前受到续航里程和昂贵的生产成本的限制，但近年来，尖端的锂离子阴极电池变得更强大、更经济。事实上，最早到 2022 年，电动汽车的制造成本可能会低于汽油动力汽车。电池价格在 2010 年至 2019 年期间下降了 80%，预计明年将再下降 45%。

特斯拉是电动汽车制造领域的领先品牌之一，部分原因在于该公司不断致力于突破电池技术的界限。对耐用、续航里程更长的电池的需求促使该公司从锂离子电池转向使用磷酸铁锂制成的电池。化学成分的转变使电池的生产成本更低，将充电之间的行驶里程扩大到 400 多英里，并且可以将电池寿命周期增加到 100 万英里。不仅如此，磷酸铁电池更安全，可以作为储能进入二次或三次生命周期。

自动驾驶和电动汽车领域的另一个关键参与者是 Waymo，它是谷歌母公司的子公司，最近与沃尔沃合作生产无人驾驶和电动的共享汽车车队。这些汽车将具有 4 级自主权，这意味着它们将能够在大多数情况下在没有用户输入的情况下自行驾驶（根据汽车工程师协会的标准化评级系统，0 级表示没有自主权，5 级表示完全自主。）这些通过将能源从化石燃料转向效率越来越高的电池，所有因素都有助于使汽车制造业更具可持续性。

4。使用增材制造让 3D 打印无法实现

虽然增材制造方法正在帮助许多汽车公司更有效地生产性能更好的汽车，但该技术的全部潜力仍未得到充分开发。 3D 打印广泛用于快速原型制作，但增材技术的发展现在允许制造商 3D 打印生产工具和最终用途零件。

增材技术也可以帮助简化设计和生产。例如，许多以前必须单独模制然后焊接在一起的部件（例如进气管）现在可以通过一步工艺增材制造。与通过传统方法生产的组件相比，增材技术还可用于创建独特的几何形状，从而显着节省仪表板和镶板内部的空间。

福特是最早利用增材技术变革力量的汽车制造商之一。在设计 2020 Shelby GT500 时，该公司使用增材制造工艺同时测试特定零部件的 10 多种不同设计。这让福特得以创造出被称为“迄今为止空气动力学最先进的野马”。

按需增材制造的灵活性也有助于缓解潜在的汽车行业供应链挑战——例如，保时捷现在使用 3D 打印为其传统车型生产稀有或小批量的组件。该技术的多功能性意味着极有可能通过创新方法生产越来越多的汽车零部件。

5。大规模定制

另一个新兴的汽车行业趋势是大规模定制，这反映了更大的全球个性化趋势。如今，多达三分之二的人表示这是选择新车时的一个重要因素。

添加剂技术不仅使特种汽车制造商能够更有效地以极低的产量生产独特的汽车，而且还允许非豪华汽车制造商为其车辆提供具有成本效益的定制选项。

Mini 和 Ferrari 这两家公司现在允许买家定制从汽车外饰板的颜色到 LED 装饰灯和个性化仪表板等精细细节的所有内容。制造商可以利用按需制造的优势来高效、经济地应对个性化带来的挑战。按需制造不是像传统制造模式所支持的那样批量生产零件，而是通过运营敏捷性使生产精确地适应需求。

打造更加自主和可持续的未来

最终，这些趋势反映了消费者对高质量、高效、可持续和针对其特定需求量身定制的产品的广泛兴趣。未来几年最有可能取得成功的汽车制造商是那些能够利用新技术创新来更高效、更有效地满足客户需求的制造商。智能技术、自动化、电气化和定制化都是将继续影响汽车行业发展的趋势。

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