中國汽車技術(shù)研究中心孟憲明：汽車領(lǐng)域增材制造應(yīng)用進(jìn)展及趨勢

2020年8月20日-21日，中國增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展蕪湖（繁昌）高峰論壇暨2020年中國增材制造產(chǎn)業(yè)年會(huì)在安徽蕪湖市舉行,，此次年會(huì)由工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)發(fā)展中心,、安徽省經(jīng)濟(jì)和信息化廳、蕪湖市人民政府指導(dǎo),，中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟主辦，繁昌縣人民政府協(xié)辦,，南極熊作為支持媒體對(duì)本次會(huì)議進(jìn)行了直播,。

△中國汽車技術(shù)研究中心首席專家的孟憲明先生

在“中國增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展蕪湖（繁昌）高峰論壇”上，中國汽車技術(shù)研究中心首席專家的孟憲明先生發(fā)表主題演講,，題目是《汽車領(lǐng)域增材制造應(yīng)用進(jìn)展及趨勢》,，以下是本場演講的現(xiàn)場速記，經(jīng)大會(huì)組委會(huì)授權(quán)發(fā)布,。
△視頻：孟憲明《汽車領(lǐng)域增材制造應(yīng)用進(jìn)展及趨勢》

孟憲明：尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo),、各位專家,、各位行業(yè)同仁大家下午好，我是來自中國汽車技術(shù)研究中心的孟憲明,，今天很榮幸受邀為大家?guī)硪粋€(gè)汽車領(lǐng)域增材制造應(yīng)用進(jìn)展及趨勢的專題技術(shù)報(bào)告,。

下面主要是基于汽車行業(yè)的內(nèi)容給大家作一個(gè)普及和簡短的匯報(bào)。大概分為以下幾個(gè)方面：第一個(gè)方面增材制造數(shù)字化制造概述,。

汽車行業(yè)的車身領(lǐng)域經(jīng)歷過不同的發(fā)展歷程,，比如車身在最原始是全鋼車身一直到現(xiàn)在的寶馬、奔馳以及日本企業(yè)也開發(fā)了一些多材料混合,，比如鋼鐵車身,。隨著車身進(jìn)一步發(fā)展，我們?cè)谲嚿碓O(shè)計(jì)領(lǐng)域更加體現(xiàn)一句話就是將合適的材料應(yīng)用在合適的位置,，用合適的工藝實(shí)現(xiàn)它的設(shè)計(jì)性能,，合適的工藝就會(huì)體現(xiàn)到多種工藝，包括傳統(tǒng)也包括現(xiàn)有的新型工藝其實(shí)就有增材制造領(lǐng)域,，以及核心部件,，后面我會(huì)有汽車行業(yè)的案例和大家分享。

在汽車行業(yè)追求四化有一個(gè)是追求輕量化,，在輕量化有幾種路徑包括先進(jìn)材料的應(yīng)用,、先進(jìn)工藝以及先進(jìn)設(shè)計(jì)方案，在輕量化的技術(shù)發(fā)展圖譜上都是把材料用高強(qiáng)化,、高韌化以及高強(qiáng)復(fù)合材料以及新金屬的應(yīng)用,。這就涉及到怎么把材料用到合適的零部件，用什么工藝去解決,？包括3D打印工藝,，特殊的結(jié)構(gòu)常規(guī)工藝是實(shí)現(xiàn)不了的，這就會(huì)為增材制造的領(lǐng)域帶來很大的發(fā)展空間,。

從設(shè)計(jì)工藝和材料匹配集成的角度,，汽車行業(yè)分四大塊：第一個(gè)是材料，我們?cè)趺慈ミx材,？第二個(gè)是材料采用什么工藝制備出來,？第三個(gè)是前期采用什么設(shè)計(jì)方法？設(shè)計(jì)方法最終體現(xiàn)的汽車作為民用產(chǎn)品涉及多方面的性能比如安全性能,、疲勞耐受性能等性能,，這些性能的約束使得我們對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)越來越苛刻，也越來越具有挑戰(zhàn)性,，包括拓?fù)鋬?yōu)化的方法就出來了,，以及新興的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法就出來了，這個(gè)時(shí)候要選擇合適的材料實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)的方式核心就是工藝方法,。工藝方法在過去的傳統(tǒng)工業(yè)來講,，主要鋼制車身可能就是沖壓、焊接,、涂裝以及總裝四大基本工藝,，但是在新材料、新工藝開始越來越進(jìn)入汽車領(lǐng)域,，不同的創(chuàng)新零部件就出來了,，比如我們現(xiàn)在應(yīng)用一些碳纖維，現(xiàn)在應(yīng)用的一些樹脂材料,，它可能會(huì)有3D打印技術(shù),，以及先進(jìn)的RTM、CTM技術(shù),，這種技術(shù)帶來的是工藝的革新,，比如研制方式就發(fā)生徹底的改變，多材料車身焊接占有一部分比例,，這個(gè)時(shí)候也是工藝帶來汽車工藝的變化,。在發(fā)展過程中，也為新的技術(shù),、新的工藝帶來很多機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn),。

在輕量化整車開發(fā)技術(shù)中往往會(huì)用到一個(gè)技術(shù)手段就是拓?fù)鋬?yōu)化，商飛的老總也說的在航空航天也用過這樣的技術(shù),，我們要尋找最佳的路徑,，讓這樣的路徑能夠?qū)崿F(xiàn)多性能的約束，使得零部件能夠更好地裝在汽車上,。這個(gè)時(shí)候就有不同的部件形狀,，比如第五幅圖展示的可能是很多連接方式在車橋上會(huì)有這樣的部件，這樣的部件怎么制作,？現(xiàn)有的工藝可能是沖壓,、擠壓，比如我們遇到這些細(xì)微的結(jié)構(gòu)和不均的結(jié)構(gòu)時(shí)傳統(tǒng)工藝可能會(huì)受到挑戰(zhàn),，這個(gè)時(shí)候用增材制造技術(shù)或者數(shù)字制造技術(shù),，我采用增材制造的方法進(jìn)行平面制造，把這一平面進(jìn)行提升,，這就是體現(xiàn)增材制造的工藝獨(dú)有特性和特點(diǎn),。

比如我現(xiàn)在展示的方式針對(duì)于工況拓?fù)鋬?yōu)化汽車的骨架結(jié)構(gòu)，在A柱上有傳力結(jié)構(gòu),，傳統(tǒng)上用斷面，把這個(gè)斷面設(shè)計(jì)成比較好的理想閉環(huán),，采用不同的高鋼或者高還的材料實(shí)現(xiàn)斷面的結(jié)構(gòu),，使得A柱能夠有很牢的強(qiáng)度,，在碰撞過程中不容易折彎。國外很多采用這種結(jié)構(gòu)之后用了一種叫三維編織技術(shù)其實(shí)也是廣義的3D打印技術(shù),，它把碳纖維用編制方法集成進(jìn)來,，這樣車體可以做得很輕，而且對(duì)于部件的定制化來講有很大的優(yōu)勢,。

五個(gè)方面說一下為什么數(shù)字化適合我們行業(yè)發(fā)展的流程圖,。因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)計(jì)的時(shí)候先有概念設(shè)計(jì)階段，再有工程開發(fā)階段等等,。剛才左處長提到把智能制造,，把數(shù)字化的制造怎么能和增材制造工業(yè)結(jié)合在一起，其實(shí)在汽車行業(yè)設(shè)計(jì)來講可以做無縫結(jié)合,，因?yàn)楸旧碛玫骄褪菙?shù)字化的工具,，我們的性能驗(yàn)證在前期樣車出來之前用到的是虛擬作汽車的鋼度、強(qiáng)度,，這個(gè)時(shí)候就可以把數(shù)據(jù)切入進(jìn)來,，包括我們的一些樣車部件的制造，我們可以先把樣車制造出來驗(yàn)證它的性能是否能夠達(dá)到我們需要的性能,。

在增材制造這一塊,，我分為兩大塊：一塊是和研發(fā)密切相關(guān)的，另一塊就是直接制造模具,。研發(fā)制造可能分為幾類：比如對(duì)一個(gè)部件技術(shù)系數(shù),，這個(gè)時(shí)候快速用3D打印的方式，優(yōu)化造型車的特點(diǎn),。另外在有些零部件上在沒有形成開模具之前基于圖紙作一個(gè)快速制造,，用一些試驗(yàn)方法評(píng)估這個(gè)零部件能不能達(dá)到我的性能約束條件，達(dá)到整車開發(fā)的要求,，這都是為我們汽車行業(yè)的快速發(fā)展以及快速驗(yàn)證提供了很大的手段,。后面是直接制造，現(xiàn)在新能源車很多時(shí)候是個(gè)性化的,，特別是90后和95后這代人追求的是和別人不一樣的有差異感的商品,，這個(gè)時(shí)候增材制造在外造型上的設(shè)計(jì)，在快速開發(fā)上有獨(dú)特優(yōu)勢,，因?yàn)閭鹘y(tǒng)都是為大批量生產(chǎn)所服務(wù)的,，這個(gè)時(shí)候它的優(yōu)勢也會(huì)顯現(xiàn)出來。

第二部分簡單介紹增材制造在國內(nèi)汽車行業(yè)中的應(yīng)用,。第一部分是計(jì)算機(jī)輔助三維檢測,，另外一方面我們快速成型，包括發(fā)動(dòng)機(jī)，包括引擎蓋等等,，以及方向盤和安全帶卷收器等等,。

第三個(gè)部分也是說一下增材制造在國外汽車行業(yè)中的應(yīng)用。他們的應(yīng)用案例比我們略多,。這個(gè)是賓利的3D打印從輪胎到內(nèi)飾件集成起來做一些迭代,。寶馬用的是FDM技術(shù)打印工裝夾具以及方向盤，傳統(tǒng)材料沒有辦法和它媲美的性能比如它的質(zhì)量非常輕,、非常耐用,。另外一部分AMP使用3D打印技術(shù)作各種各樣的配件，比如給悍馬做的油箱蓋,。另外也做一些定制化的產(chǎn)品比如汽車的離合器還有驗(yàn)證階段的試制產(chǎn)品,。還有摩托車企業(yè)在定制化過程中包括PPP新材料做開發(fā)。以及汽車濾油器用在引擎上的PPSF材料,，耐高溫性以及強(qiáng)度都比較好,。豐田將3D打印技術(shù)用于賽車發(fā)動(dòng)機(jī)上。我們?cè)趪獾囊恍┫冗M(jìn)車展上也會(huì)有概念車型,，用3D打印相關(guān)技術(shù)制造汽車,，包括一些輕金屬。

另外就是增材制造在汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢,，這也是我自己的一點(diǎn)不成熟的看法,。

第一個(gè)方面就是我們?cè)谄嚵悴考䝼€(gè)性化定制和維修經(jīng)濟(jì)上，部件有一些損害或者部件的更新上有部分是需要定制化的,，定制化相對(duì)整車企業(yè)的批量化生產(chǎn)來講它可能不能滿足定制化需求,，這個(gè)時(shí)候在做定制化后市場維護(hù)，以及做車型造型的改良時(shí),，3D打印技術(shù)快速和打印出來形狀的獨(dú)特性,，以及各種材料的性能和價(jià)格的匹配性都可以進(jìn)入到這個(gè)市場領(lǐng)域，因?yàn)檫@個(gè)市場相對(duì)體量比較大,，它在整個(gè)汽車行業(yè)中也是很重要的關(guān)鍵后市場方向,。

另外一個(gè)部分是2018年8月，一家意大利的著名電動(dòng)車制造商就和3D打印Polymaker公司合作,，打印了定制化汽車,，包括智能化和網(wǎng)聯(lián)化方面它的底盤是一體化的，但是車身是可以做到差異化,，底盤可能共用一個(gè)底盤線,，上午可能是一個(gè)公交車小巴士，下午很可能是一個(gè)物流車,，整個(gè)車箱箱體是可以變化的,，那定制化服務(wù)是完全可以用增材制造的方法去實(shí)現(xiàn),，這也是我覺得未來網(wǎng)聯(lián)化的趨勢，它不是針對(duì)某一臺(tái)車,，很可能是基于共享化和網(wǎng)聯(lián)化的產(chǎn)品點(diǎn),。

最后一個(gè)方面是介紹中汽中心工程院在增材制造應(yīng)用案例。

我們利用3D打印機(jī)做一些柔性,、大型車的快速成形的模型，可以做到快速增長,、快速制造,、快速驗(yàn)證，我們也在一些核心部件上進(jìn)行了一些嘗試,，包括新型的高性能用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)性能提升,。

以上是我對(duì)在汽車行業(yè)案例的簡單介紹，我感覺增材制造領(lǐng)域是很寬的,，而且汽車領(lǐng)域也非常大,，在汽車行業(yè)特別是高精尖的更加細(xì)致化開發(fā)、定制化開發(fā)時(shí),，增材制造的技術(shù)方向和我們的發(fā)展理念是非常契合的,，所以增材制造的技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用，在未來大有可為,。

以上是我的簡短報(bào)告,，非常感謝大家，謝謝,！