3D打印的汽車零件可靠嗎？

魔猴君  知識(shí)堂   760天前

3D打印在汽車零部件領(lǐng)域一直以來(lái)沒(méi)能大規(guī)模應(yīng)用，除了一些高端賽車，平民車上幾乎很少能夠看到 3D 打印的零件。這是因?yàn)椋?/span>一方面是技術(shù)不夠成熟，另一方面比如賽車等產(chǎn)能不大的稀有車型運(yùn)用 3D 打印效率更高，成本更低。

不過(guò)，各家車企對(duì)這一技術(shù)的重視性已經(jīng)可見(jiàn)一斑了。比如，寶馬集團(tuán)在3D打印應(yīng)用領(lǐng)域有著超過(guò) 25 年的歷史。在2012到2022年的十年中，他們已經(jīng)利用該技術(shù)生產(chǎn)了超過(guò)一百萬(wàn)個(gè)汽車零部件。隨著3D打印技術(shù)的成熟，寶馬公司僅在2018年3D打印的零部件就超過(guò)20萬(wàn)個(gè)，相比2017年增加43%；福特汽車（Ford）也是一家與3D打印行業(yè)合作緊密的汽車制造商，2019年北美國(guó)際汽車展上亮相的 Shelby Mustang GT500 便搭載了兩個(gè) 3D 打印制動(dòng)部件，中規(guī)版的 F-150 Raptor 也有一個(gè) 3D 打印內(nèi)飾件。

另一個(gè)比較巨頭的玩家就是大眾集團(tuán)，大眾在沃爾夫斯堡開(kāi)設(shè)了一個(gè) 3D 打印中心，專注研究 3D 打印技術(shù)在汽車方面的應(yīng)用。2018年底，大眾集團(tuán)旗下品牌布加迪推出了世界首個(gè)由 3D 打印生產(chǎn)的八活塞卡鉗，該卡鉗由鈦金屬打造，重 6.4 磅，約合 3 公斤，是 3D 打印制造的最大鈦部件。

盡管如此，這個(gè)卡鉗依舊比布加迪 Chiron 使用的常規(guī)制造的卡鉗輕 4.9 磅左右，約2.2 公斤。輕量化對(duì)于一臺(tái)超跑有多么重要，這都是眾所周知的。不為人知的是，制造這個(gè)卡鉗其實(shí)并沒(méi)有大家想象中的“打印”那么容易，它首先需要由 2213 層鈦金屬粉末熔融，從立體光刻到激光燒結(jié)，整個(gè)過(guò)程需要45個(gè)小時(shí)。接下來(lái)，技術(shù)人員會(huì)清理掉表面殘留的粉末，放在約 700 攝氏度的爐中烘烤。最后是機(jī)械加工，并進(jìn)行物理和化學(xué)上的處理。最終 “又帥又硬” 的鈦金屬卡鉗出現(xiàn)在我們面前。

為了早日用到車上，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)試肯定是必要的，畢竟布加迪的動(dòng)力性能對(duì)制動(dòng)要求極高。

跑得快，必須剎得住。直接上架子模擬剎車的過(guò)程，模擬剎車片從 0 一直加速到 370km/h 的速度，卡鉗開(kāi)始工作，這個(gè)時(shí)候剎車片溫度疾速上升，變成了橘黃色，表面溫度達(dá)到了四百多攝氏度。此時(shí)卡鉗沒(méi)有因?yàn)閯x車片熱衰減而失效。

通過(guò)反復(fù)的測(cè)試，甚至模擬剎車片已經(jīng)開(kāi)始部分著火熔化，最高溫度達(dá)到了上千攝氏度，這塊鈦金屬卡鉗依然穩(wěn)若泰山，將剎車片減速下來(lái)，完好無(wú)損地經(jīng)受住了嚴(yán)酷考驗(yàn)。

還有，征戰(zhàn)派克峰的電動(dòng)賽車大眾 ID.R 就使用了大量 3D 打印的零部件；

再有，大眾Type 20概念車的核心元素：橙色輪轂、兩側(cè)后視鏡支架、方向盤(pán)和其他組件就是用3D打印的。這些產(chǎn)品是由人工智能在Generative Design過(guò)程中所創(chuàng)造的。

人工智能的優(yōu)勢(shì)在于能夠快速了解工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中優(yōu)先考慮的東西——結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、易于生產(chǎn)和輕量化設(shè)計(jì)等等，而且可以通過(guò)迭代升級(jí)來(lái)滿足這些標(biāo)準(zhǔn)。但是，它設(shè)計(jì)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)方法難以加工的。然而，3D打印是無(wú)視結(jié)構(gòu)難度的，對(duì)于復(fù)雜的產(chǎn)品也一樣能夠快速的打印出來(lái)。所以，對(duì)于人工智能設(shè)計(jì)，3D打印制造是一個(gè)非常好的搭檔。

又比如奧迪 lunar quattro 月球車的車輪：雖然開(kāi)發(fā)過(guò)程中為了增加穩(wěn)定性而增大了輪胎尺寸，但通過(guò)3D打印以及輕量化材料的應(yīng)用，這款月球車的車身重量從38kg降低至30kg，也就是66磅。

在一些老車修復(fù)過(guò)程中，部分稀缺零部件因?yàn)闀r(shí)間和產(chǎn)量的關(guān)系很難找到，這個(gè)時(shí)候 3D 打印就可以派上用場(chǎng)了，像經(jīng)典老車保時(shí)捷 959 的離合器釋放桿現(xiàn)在只能用 3D 打印生產(chǎn)了，3D打印技術(shù)可以非常逼真地去還原老部件，做到一樣一樣的。

前些年，米其林與通用汽車在蒙特利爾Movin'On峰會(huì)上推出了一款代表新一代無(wú)氣輪技術(shù)的3D打印原型輪胎。輪胎的名稱Uptis代表“獨(dú)特的防刺穿輪胎系統(tǒng)”，專門(mén)為乘用車創(chuàng)造。這款新輪胎不單只是適合那些厭煩修復(fù)穿孔輪胎的人，米其林還表明，由于制作過(guò)程中使用的原材料很少，并且這些原材料都是環(huán)保的，所以這款輪胎百分百可持續(xù)。目前，預(yù)計(jì)每一年都會(huì)有2.9億個(gè)傳統(tǒng)輪胎因?yàn)椴灰?guī)則磨損等損壞被丟掉，因?yàn)?/span>Uptis沒(méi)有空氣特性，輪胎比傳統(tǒng)輪胎更堅(jiān)固，這一點(diǎn)也意味著因磨損而被丟棄的輪胎會(huì)越來(lái)越少。

3D 打印在汽車零部件方面的應(yīng)用還有很多，當(dāng)技術(shù)足夠成熟的時(shí)候，它能夠有效地降低零部件的生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)隨心所欲的定制化。最終它肯定也不會(huì)只是高端車型的寵兒，而是成為普惠于民、真正意義上的黑科技。

不僅是汽車零件，3D打印在整車制造上也很優(yōu)秀！據(jù)初創(chuàng)公司X Electrical Vehicle Limited（XEV）消息，其3D打印電動(dòng)車LSEV將于今年正式上市，新車或率先在歐洲和亞洲市場(chǎng)推出，起售價(jià)約為1萬(wàn)美元，最大續(xù)航里程約150km。該款車型除了底盤(pán)，座椅和玻璃組件等，其他主要零部件均采用了3D打印技術(shù)制作，目前XEV公司已與上海的一家新材料研發(fā)商——Polymaker開(kāi)展合作，增強(qiáng)其材料性能并提升車輛的靈活性與穩(wěn)定性。常規(guī)車輛的零部件數(shù)量通常在2000個(gè)左右，而LSEV的零部件數(shù)量只有40-60個(gè)，且根據(jù)安全性評(píng)估，這類3D打印車輛的強(qiáng)度是常規(guī)車輛的4-5倍。若采用3D打印技術(shù)制造車輛，可將生產(chǎn)周期縮短四分之三，成本也能降低90%。LSEV采用C2M的制造模式，這意味著客戶可以直接聯(lián)系工廠訂購(gòu)車輛，且3D打印技術(shù)也讓車輛設(shè)計(jì)更加靈活，更能符合定制化的需求。據(jù)XEV表示，目前已經(jīng)接到了近7000輛的訂單，根據(jù)計(jì)劃會(huì)在2019年開(kāi)始向歐洲和亞洲的客戶交付LSEV，這無(wú)疑是3D打印在汽車行業(yè)的又一次重大突破！