Urbee誕生簡記
魔猴君 行業(yè)資訊 2827天前
在汽車領(lǐng)域，世界首輛3D“打印汽車’，原型機(jī)Urbee于2013年問世，如圖所示，它是一輛以電池和汽油作為動力燃料的三輪、雙座混合動力車。整個車身使用3D打印技術(shù)一體成型，具有其他片狀金屬材料所不具有的可塑性和靈活性。整車的零件打印只需耗時2500小時，工人需要做的只是把所有打好的零部件組裝在一起，生產(chǎn)周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)汽車制造周期。新版本的Urbee2則只需要50個3D打印的零部件即可，而傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)汽車則會由上千個零件組裝而成。雖然它的單缸發(fā)動機(jī)制動功率只有8馬力，但由于其采用了熔融沉積的技術(shù)，使汽車結(jié)構(gòu)輕盈且堅固，體積小巧且穩(wěn)定，故最高巡航速度可達(dá)1 12 km／h之快。另一個最大的優(yōu)點便是Urbee的節(jié)能環(huán)保性。據(jù)統(tǒng)計，隨著人口和生活水平的提高，到2050年全世界將會有25億輛汽車，然而，面對當(dāng)今社會日益減少的化石燃料儲備量已經(jīng)因汽車尾氣日益變暖的全球氣候，人類是時候推進(jìn)新能源汽車的研發(fā)速度了。而Urbee便是一款獨特的低能耗環(huán)保汽車。Urbee的制造宗旨便是用最少的能耗完成最長的行車距離，同時盡可能減少制造過程中對原材料的浪費。
(2)Urbee設(shè)計過程
向世界上的其他設(shè)計師和工程師一樣，Urbee制造團(tuán)隊使用3D打印技術(shù)制造Urbee的初期模型，負(fù)責(zé)人Jim Kor表示，3D打印技術(shù)徹底改變了他們在早起概念設(shè)計中的模型制作方式。以前，他們的模型大部分是由手-r,U造而成，使用木板、泡沫塑料、金屬、玻璃纖維、塑料和其他材料，這不僅耗時長，而且制作難度大，精細(xì)程度低。但現(xiàn)在有了3D打印技術(shù)的幫助，他們使用CAD等計算機(jī)軟件，可以在極短的幾天時間內(nèi)完成～個塑料模型的制造并迅速提交給客戶，進(jìn)行下一步的探討和改進(jìn)工作。隨著3D打印技術(shù)單價成本由1000多美元降到100多美元，使更多的設(shè)計和制造過程實現(xiàn)了3D打印化。在Urbee項目第一次接觸到3D打印技術(shù)時，設(shè)計團(tuán)隊已經(jīng)在傳統(tǒng)汽車設(shè)計開發(fā)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了部分前期工作。運用最新的Autodesk軟件(如Inventor Pro，Alias和Showcase)對Urbee的車身進(jìn)行數(shù)字建模。隨后油泥模型師按照汽車三視圖尺寸，成比例做出油泥模型。第三步是將油泥模型掃描并再次將數(shù)據(jù)錄入CAD軟件中。在Urbee汽車設(shè)計過程中，如圖3．2所示，設(shè)計師也考慮到了空氣動力學(xué)等設(shè)計要素，并進(jìn)行了計算機(jī)空氣動力學(xué)模擬，使車身造型達(dá)到了O．15的空氣阻力系數(shù)。
接下來就正式進(jìn)入3D打印環(huán)節(jié)。由于Urbee設(shè)計團(tuán)隊對玻璃纖維材質(zhì)的使用有多年豐富的經(jīng)驗，這種材料被成功應(yīng)用于汽車玻璃鋼罩、擋泥板、車頂甚至汽車制造模具的制造中，其緊密、結(jié)實，可塑性強的特性，是他們選擇這種材料作為3D打印的原材料的主要原因之一。他們選擇選擇性熔覆工藝(FDM)，整個過程基于CAD原始計算機(jī)模型，并考慮了汽車擋泥板、車體外殼、玻璃車窗等部件，原材料被切割成圓形橫截面的薄層后再擠壓成絲狀，送入3D打印機(jī)帶有黏合劑的噴頭中，冷人驚訝的是，通過噴頭噴出的一層又一層的絲狀材料絲竟然可達(dá)到人的頭發(fā)絲那么細(xì)，材料的精細(xì)程度直接關(guān)系到打印產(chǎn)品的精細(xì)度，故打印出的Urbee汽車零件具有很準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)。
這個1：6的原始模型讓設(shè)計團(tuán)隊在汽車設(shè)計前期可以直觀的審視和發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題。經(jīng)過多次的實驗，Urbee團(tuán)隊最終使用固體塑料材質(zhì)打印出玻璃塑料的特殊車窗，使用白色ABS塑料打印Urbee的車身。設(shè)計團(tuán)隊將模型劃分成20個單獨的部分，包括了所有的車身組件和車窗部分，如圖所示，當(dāng)這20個零部件通過3D打印技術(shù)完美打印出來，則驗證了這些部件的原始計算機(jī)文件的正確性，為之后的全尺寸汽車制造和大規(guī)模生產(chǎn)做好了全面的準(zhǔn)備和驗證工作。上圖為Urbee通過3D打印機(jī)打印出的模型車身結(jié)構(gòu)。
創(chuàng)新之處
相對于Urbeel的3D打印汽車模型而言，Urbe圮2在3D打印技術(shù)上的創(chuàng)新點更值得一提。隨著Urbee團(tuán)隊對3D打印技術(shù)的日漸熟悉和掌握，他們開始利用3D打印技術(shù)的獨特優(yōu)勢，研發(fā)出了一些傳統(tǒng)汽車設(shè)計和生產(chǎn)不能達(dá)到的創(chuàng)新之處。如圖所示為Urbee2的前保險杠設(shè)計圖，在設(shè)計中，為了增加其安全性能，設(shè)計師需要在其內(nèi)部填充支撐結(jié)構(gòu)，3D打印材料多樣性的特質(zhì)使設(shè)計師可以選擇一種堅硬但卻很脆的材料和一種不是很堅硬但卻很有彈性的材料進(jìn)行融合、交織，成一種類似人體骨骼一般的全新材料，既十分堅硬又有良好的韌性。
Urbee2另一個創(chuàng)新之處在于所使用的部分內(nèi)部支撐材料為可回收性環(huán)保塑料，在節(jié)能環(huán)保方面有了新的嘗試和探索。
此外，Urbee團(tuán)隊的探索不僅僅停留在汽車外部結(jié)構(gòu)的3D打印領(lǐng)域，對汽車內(nèi)飾的3D打印應(yīng)用研究也正在進(jìn)行中，圖3-6為Urbee團(tuán)隊為成功打印3D汽車內(nèi)飾而進(jìn)行的數(shù)字建模工作。
在設(shè)計Urbeel的過程中， Urbee團(tuán)隊僅僅是希望通過3D打印機(jī)生產(chǎn)出一臺與他們的CAD計算機(jī)模型造型一模一樣的汽車出來，主要目的是想對快速成型技術(shù)可以一次成型整個車身外殼的能力進(jìn)行驗證，并沒有抱有更多的期望。盡管Urbee2在3D打印領(lǐng)域?qū)Σ牧?、軟件的使用，結(jié)構(gòu)、性能上的創(chuàng)新取得了一定的進(jìn)展，但由于目前的3D打印水平仍處于技術(shù)上的攻堅階段，故其在汽車外觀造型上的設(shè)計仍處于初級水平，與現(xiàn)代較為成熟的傳統(tǒng)汽車設(shè)計行業(yè)相比，Urbee的外形設(shè)計則較為簡陋，3D打印技術(shù)對復(fù)雜外形結(jié)構(gòu)的美學(xué)表現(xiàn)在Urbee這一案例中并沒有很好體現(xiàn)出來。
