智能制造暨3D打印技術在汽車定制領域的應用

楊永志 王雷雷

[摘 ?要：隨著社會發展，人們對汽車的性能和審美要求不斷提高，各種新概念汽車不斷發布，這些車采用新型的材料、新型的工藝、新的加工技術，不斷提高整車性能，采用新能源動力系統，降低汽車重量，提高汽車續航性。在新汽車領域中除新能源外，新工藝的應用也愈加突出。其中越來越多的客戶喜歡通過私人定制凸顯個體的不同或品味，3D打印增材制造技術在汽車領域中開始火熱起來。本文對增材制造技術在汽車領域的制造和定制進行簡要的概述，就3D打印增材技術如何實現汽車部件的整合、整機重量的降低、以及樣式定制進行論述。

關鍵詞：汽車定制;3D打印;增材制造 ]

一、3D打印技術與虛擬現實技術對汽車生產帶來的變革

汽車定制公司Hackrod與Siemens PLM Software達成合作，旨在實現民用工程設計和制造的自主化，為消費者提供設計自己的3D打印汽車的機會。Hackrod正在為一款名為“La Bandita”的汽車創建部分3D打印件。它是全球首款采用虛擬現實技術設計的AI工程3D打印車。該公司已經與3D打印軟件巨頭Autodesk合作，并且現在與西門子 PLM Software簽署了合作協議，以加速實現“消費者成為汽車領域創造者的工程設計和制造自主化的共同愿景”。

采用傳統的汽車制造方法，可以實現定制汽車解決方案的快速原型設計，并將消費者作為汽車領域的共同創造者。總之，客戶可以設計他們的汽車，而Hackrod將使用特殊軟件創建原型，并利用3D打印技術打印它們。此外，最初Hackrod將使用設計模板供客戶選擇。更簡單的在于，孩子通過汽車涂鴉便，然后將涂鴉的作品變為現實。

汽車定制公司Hackrod的設計團隊成員由一位電影導演和一位航空航天工程師組成，旨在快速實現汽車定制方案的原型機，使消費者也參與到汽車設計中，成為車輛的聯合設計師。Hackrod目前正在宣稱世界上第一輛以虛擬現實設計的汽車，由人工智能設計，充分發揮先進制造的潛力，并由未來的供應鏈提供。一旦技術得到充分發展，只有硬件集成，工程分析等等才會以數字方式完成。其他一切都將由客戶自定義。

二、3D打印技術用于汽車個性化定制

目前許多汽車制造商都采用3D打印技術進行設計和制造，但寶馬已經成為該領域的領導者，使用該技術已超過25年。寶馬和其他汽車制造商有很多理由轉向3D打印，例如節省時間和成本、生產輕量、高效及復雜零件的能力，但3D打印還有一些簡單有趣的好處，如個性化定制。

寶馬的新款MINI可以通過多種不同方式為用戶進行個性化定制，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燈也可以進行定制。寶馬是第一家將汽車個性化推向這一級別的公司，是在比利時公司Twikit的幫助下實現這一過程，該公司的軟件平臺強調3D打印定制的可能性。

寶馬 MINI的客戶可以在線設計自己的汽車，并將數字文件發送到生產商，在那里使用3D打印、激光切割和其他先進技術進行制造。

Twikit現有33名員工，它是由Hoppenbrouwers、Martijn Joris和George Lieben于2012年創立，目前在全球范圍內變得十分活躍，特別是在歐洲和美國。除了與寶馬合作外，Twikit還為假肢和矯形器、珠寶、電子產品及門窗等行業提供個性化生產服務

三、3D打印汽車零配件的代表——輪轂

隨著3D打印技術的不斷發展，大到航空航天、醫療人造骨架，小到汽車模型、手機殼，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這個輪轂品牌是輪轂品牌中的老牌勁旅，高昂的售價讓不少玩家都望而卻步，但其設計卻極其前沿。如圖HRE和GE Additive共同開發了這款讓人震撼的作品。

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

但不只是這樣就完成了，因為打印時需要臨時的一些部分對零件的支撐，所以后續還要將這些部件手動移除，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過CNC加工，這樣做的目的也是能夠嚴格確保組裝的精密程度。

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

EBM這種工藝大大有效降低了材料的浪費，可將材料浪費度減少至5%，相對于傳統鍛造工藝減少了80%的材料浪費。作者認為，這款輪轂的誕生是HRE向全世界證明其擁有并掌握了這項技術，而并非能在短時間內將這款輪轂量產。

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

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

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

參考文獻

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1.斯巴魯汽車（中國）有限公司 ?2.淄博技師學院