一辆车一百多个 3D打印组件，汽车制造“破冰”！

根据3D科学谷，传统汽车从设计定型到新车出厂通常需要三年时间，在此期间针对这些零件生产的工艺与供应链都进入到了固化状态。而像特斯拉这样的车企，其软件几乎每个月都会更新。数字化的基因可以说根植在汽车制造发展趋势的血液中。

3D打印带来的数字化，让人类第一次能够产生真正的经济净收益门槛：通过将客户行为与生产者行为同步，以需求为导向，从生产过剩转向需求驱动的生产。

3D打印是一种带有鲜明数字化特征的技术，这意味着增材制造能够改变产品的生产方式是本质性的，不仅可以实现个性化，还可以实现功能化导向的制造。

▲通用汽车3D打印汽车组件

无疑，3D打印要成为一种主流的制造技术之一，必须要在制造业主赛道汽车零件制造领域“站稳脚跟”，而3D打印在汽车领域的应用要实现落地，存在着多方面的挑战，这一点，3D科学谷在《3D打印产业化机遇与挑战白皮书》中有过详细的剖析。汽车行业需要利用增材制造的具体优势来提升产品设计，但是当谈到用于经济性的生产，以便将产量从小批量的十几个增加到至少每年100万个。在行业能够打破这个百万产能障碍之前，3D打印对于进入到汽车的生产线方面很容易陷入到“死胡同”发展状态。

▲汽车3D打印路线图

3D科学谷白皮书

然而，相比于经济型汽车的量产规模来说，豪华车的制造需求却成为3D打印突破汽车零件制造方面“死胡同”发展状态的绝佳“破冰”点。

通用汽车的豪华车是其实践3D打印产业化的绝佳“落脚点”，根据TCT亚洲展的报道，早在2021年，凯迪拉克就宣布CT4-V Blackwing和CT5-V Blackwing将成为通用汽车首批采用3D打印部件的量产车。这些部件包括手动换挡旋钮上的一个徽章、一个电线束支架和两个HVAC管道，均以降低成本和提高效率的方式生产。这对通用汽车来说是一个重要的里程碑，借着豪华汽车的“破冰点”，通用汽车希望加快3D打印终端部件的量产。

敏捷创新

通用汽车转型的核心是成为一家敏捷的创新型公司，而3D打印将在这一过程中发挥至关重要的作用。3D打印是通用汽车“制造4.0”或“智能制造”的一部分，通用汽车定价34万美元的凯迪拉克 CELESTIQ，据称是“有史以来技术最先进的凯迪拉克”，被描述为“手工制作的全电动超豪华旗舰”汽车。 不仅如此，这辆车还包括一百多个 3D 打印生产组件。

▲未来工厂

3D科学谷白皮书

凯迪拉克CELESTIQ集成了115个金属和塑料3D打印零部件，包括金属激光粉末床熔融（LPBF）3D打印方向盘、3D打印车窗开关、把手、装饰件和结构安全带D型环。毫不奇怪，这款新型小批量汽车代表了通用汽车 3D 打印生产零件最广泛的集成。

虽然通用汽车在其业务中使用了多种增材制造工艺，但有一些特定工艺确实非常适合该公司的生产应用：金属粘结剂喷射、金属LPBF粉末床激光熔融3D打印以及惠普的Multi Jet Fusion多射流喷射增材制造工艺，这其中惠普是通用汽车全方位的合作伙伴。

可持续性、数字化和个性化是增材制造的关键因素，使企业领导者决定规模化3D打印。这其中，你需要将不可能作为驱动力，解决制约3D打印产业化方面有关产品质量的两个关键挑战：Predictability（质量的可预测性）与Repeatability（质量的可重复性）。离开这两个关键点的解决方案，追求卖多少台设备是没有任何意义的。

惠普个性化与3D打印事业部全球总裁Didier Deltort

多样化的3D打印技术

l粘结剂喷射3D打印技术

据3D科学谷了解，CELESTIQ 中的装饰金属部件主要是使用粘结剂喷射3D打印技术制成的，该技术使通用汽车能够获得更好的成本动态。

3D科学谷白皮书

通用汽车发现3D打印所替换制造的零件实际上是由许多不同组件组成的，3D打印实现的制造自由度能够重新设计该零件并将五个零件整合为一个零件。通用汽车使用的钢材非常坚固且致密，因此通过3D打印还能够集成一些空心特征以降低质量。简而言之，通用汽车在不断寻找他们最初没有想到的使用增材制造的方法来提高零件的性能和可制造性。

l 激光粉末床金属熔融3D打印技术

CELESTIQ方向盘采用激光粉末床金属熔融3D打印技术制成，通用汽车选择使用这种工艺是因为激光粉末床金属熔融3D打印技术的尺寸保真度和尺寸容量。这些方向盘零件尺寸比较大，当前激光粉末床金属熔融3D打印技术（ LPBF技术）可以轻松满足零件尺寸加工的需求。此外，LPBF技术实现通用汽车所需的组件保真度， 方向盘背面具有各个不同方向的特征，3D打印节约了制作模具的成本。

l塑料3D打印技术

在塑料增材制造方面，通用汽车发现如果3D打印构建室对于零件来说太小，那么就必须进入二次加工，例如装配，从尺寸角度和联合性能角度以及视觉质量角度来看，这会带来许多不同的挑战。当然后处理的需求也是金属增材制造的一个挑战。对于通用汽车来说，3D打印还必须在后处理方面做大量的工作。如今市场上有标准解决方案，但增加了成本并延长了物流链，这明显削弱了增材制造的优势，因此通用汽车也一直在寻找更好的解决方案。

l 砂型3D打印

在砂型3D打印结合铸造方面，通用汽车收购了 Tooling & Equipment International (TEI)，该公司负责帮助特斯拉开发“Giga Casting”技术，TEI常年与3D打印领域的voxeljet-维捷合作，还开发了用于生产单件大型车身零件的3D砂打印方法。

随着3D打印与铸造的结合，铸造作为产品“诞生”的“源头”，其决定产品核心竞争力的价值将显现，这个行业不再被误读为“傻大笨粗”，而是成为企业发展核心竞争力的体现，因为3D打印可以从源头决定一个产品的创新程度，很多大型企业将改变将铸造外包给铸造厂的模式，而是将铸造将作为核心关键的一环纳入到企业内部的生产运营中，这个过程中或将发生铸造厂被并购的现象。

3D科学谷

TEI擅长低压铸造，低压铸造是指铸型一般安置在密封的坩埚上方，坩埚中通入压缩空气，在熔融金属的表面上造成低压力（0.06～0.15MPa），使金属液由升液管上升填充铸型和控制凝固的铸造方法。这种铸造方法补缩好，铸件组织致密，容易铸造出大型薄壁复杂的铸件，无需冒口，金属收得率达95%。无污染，易实现自动化。但设备费用较高，生产效率较低。一般用于铸造有色合金。

当然，低压铸造是一门由来已久的技术，低压铸造是最早的反重力铸造技术，如今，低压铸造主要用于生产销合金、镁合金件，如汽车工业的汽车轮毂、内燃发动机的气缸体、气缸盖、活塞、导弹外壳、叶轮、导风轮等形状复杂、质量要求高的铸件。

通用汽车收购 TEI 表明其致力于以更经济、更高效的方式制造汽车。此举出台之际，特斯拉正计划推出一款售价 25,000 美元的电动汽车 (EV)，并计划在未来十年内生产数百万辆价格实惠的电动汽车。随着 TEI 被通用汽车收购，特斯拉将更多地依赖其在英国、德国的其他砂型3D打印铸造合作伙伴。

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