總結篇：2021年3D打印汽車十大應用

導讀：在過去的一年間，3D打印技術在汽車行業(yè)的應用已經取得了顯著的發(fā)展,，甚至已經局部實現了汽車零部件量產。盡管就目前而言，3D打印一整輛汽車仍是不實現的,，但3D打印技術對于整套汽車工業(yè)生產體系，卻展現出非比尋常的意義,，它的存在,，或許就是支撐未來汽車革命的關鍵支柱之一。本期,，南極熊就對2021年3D打印在汽車行業(yè)的10大應用展開了回顧,。

保時捷推出2萬元的3D打印座椅，支撐性更好,，已交付車型可更換

保時捷逐漸為集團旗下718,、911等車系給予3D打印健身運動式坐椅可選。與此同時,，現階段早已交貨的車系一樣能夠變更新坐椅,，該坐椅支撐點性,、座姿都將更為符合人體工學。
保時捷官方網表明,，最新款健身運動坐椅所有由3D打印生產制造,，椅背中間一部分還能夠給予三種不同的強度可選擇。保時捷試車手Lars Kern在感受三維打印坐椅后表明,，“該在檢測全過程中澳的坐椅幫我留下來了深入的印象,，它更符合人體工學，有著略低的座姿,、改善的大腿根部支撐點,，與跑車中的坐椅類似。此外,，它的自然通風性也讓人印象深刻,。”

該座椅單價為2,677.50歐元,，約為3,100美元,，合2萬元人民幣，且在保時捷中心安裝只需幾分鐘,。目前3D打印網格共有三種顏色選項,，分別是黑色、紅色（Guards Red）和黃色（Racing Yellow）,，2月份還將推出灰色（Arctic Grey）,、青色（Ultramarine）藍色（Shark Blue）。

通用AIC中心安裝24臺金屬和非金屬3D打印機,，用于設計汽車原型及工具

2021年3月,，通用汽車(GM)開設了一個15000平方英尺的3D打印設備中心——AIC，其中包括24臺金屬和非金屬設備,。增材工業(yè)化中心(AIC)專門致力于在汽車行業(yè)內實現3D打印技術的生產化,，該中心被認為是通用汽車過去幾年在3D打印領域增加專業(yè)知識和投資的 "頂點"。
作為汽車行業(yè)標桿企業(yè),，通用汽車已經很好地掌握了3D打印作為原型設計工具的能力,，許多部件都是在各種測試環(huán)境中用于預生產車輛的功能模型。據悉,，通過不懈努力,，通用汽車已經成功解決了早期工具成本費用昂貴以及一系列零件上快速迭代的問題，在雪佛蘭克爾維特（Chevrolet Corvette）的制動冷卻管道開發(fā)過程中,，該公司利用增材制造技術將時間縮短了9周,，成本降低60%。

△通用汽車增材制造工業(yè)化中心制作的3D打印凱迪拉克V系列暖通空調管道和線束支架

通用汽車目前正致力于推進和擴大3D打印的應用范圍,，他們還通過增材制造生產手動工具,、自動化組件和快速響應解決方案,，能夠合并設計，減少零件數量并減輕重量,。例如,，他們使用設備3D打印了近100個手工工具，用于新款全尺寸的SUV,，他們使用了尼龍?zhí)祭w維復合材料代替鋁材,，重量從30磅降至僅3磅。

隨著AIC投入使用,，公司希望更進一步生產車輛上的終端部件,。與此同時，凱迪拉克還宣布CT4-V Blackwing和CT5-V Blackwing將成為通用汽車首批采用3D打印部件的量產車,。這些部件包括手動換擋旋鈕上的一個徽章,、一個電線束支架和兩個HVAC管道，均以降低成本和提高效率的方式生產,。這對通用汽車來說是一個重要的里程碑,，他們希望加快3D打印終端部件的量產。

Local Motors使用3D打印技術為OLI 2.0自動駕駛電車完成部件升級

2021年12月16日,，南極熊獲悉,，位于亞利桑那州的汽車原始設備制造商Local Motors宣布為其3D打印的自動駕駛電動車Olli 2.0進行了一系列的部件新升級,。

△Olli 2.0自動駕駛汽車

在美國成功推廣后,，Local Motors公司目前正在尋求批準在歐洲的一個項目中部署它們自動駕駛汽車。然而,，該公司發(fā)現,，由于歐盟更嚴格的規(guī)定，它需要裝配一套擋風玻璃雨刷,。

Local Motors公司歐洲,、中東和非洲地區(qū)總經理Carlo Iacovini解釋說："Olli正在世界各地的校園、體育場,、工業(yè)區(qū)和當地社區(qū)運營,。為了批準在歐洲的部署，它需要一些美國市場上不需要的額外部件",。

為了制造關鍵的部件,，該公司的歐洲、中東和非洲地區(qū)管理層尋求意大利的3D打印服務提供商CRP Technology的幫助,。利用CRP專有的Windform復合材料,，這兩家公司現在已經設計、3D打印并集成了一些額外的擋風玻璃雨刷升級,，以支持歐洲項目的獲批,。

△Olli2.0的新擋風玻璃雨刷和3D打印的雨刷蓋部件,。照片來自LocalMotors。

3000匹馬力 9000萬元/輛,，希臘3D打印超跑CHAOS

希臘汽車制造商Spyros Panopoulos汽車公司（SPA）將推出一款3000匹馬力的 "超跑",，具有獨特的基于3D打印設計理念，價格超9000萬人民幣,。

SPA即將推出配備了12,000轉/分V10發(fā)動機的跑車叫作 "Chaos",，它的特點是采用羽毛狀的3D打印車身面板，能夠在兩秒內從0加速到60英里/小時,。目前,，這個強大的跑車還沒有真正亮相，但制造商通過一系列的CGI圖片展示了這款超跑 ,。

△Spyros Panopoulos汽車公司（SPA）的3D打印Chaos 超跑,，圖片來自SPA

為了讓超跑達到速度目標，SPA計劃使用 "Anadiaplasi "制造工藝對Chaos的一些元素進行輕量化,。比如打算為3000匹馬力的超跑配備3D打印的四路排氣管,，以及基于鈦和鎂的制動卡鉗和轉子轂。
△金屬3D打印制動卡鉗


△金屬3D打印轉子轂

△碳纖維3D打印汽車零件

△尼龍3D打印汽車零件

此外,，據說Chaos未來主義的車身78%也是3D打印的,，車的部分發(fā)動機也是如此，如發(fā)動機組,、活塞,、連桿、凸輪軸和進氣閥,，而輕質車輪也將由鈦打印而成,，據說采用的方法與GE Additive的電子束熔化（EBM）技術相似。

汽車零部件廠商Divergent增購3臺SLM NXG XII 600設備,，全面加速增材制造工業(yè)化進程

SLM Solutions與Divergent自2017年建立聯合開發(fā)關系,。在過去的一年半中，Divergent一直在其位于洛杉磯的展示基地中使用著3臺NXG XII 600原型設備,，這使得他們能夠更高效地進行開發(fā),，同時加速設備所生產的零部件投入市場的時間。加上此次新購置的3臺設備,，Divergent共計將安裝6臺NXG XII 600設備,，屆時Divergent也將成為美國地區(qū)安裝最多NXG XII 600設備的公司。而除此之外,，Divergent還安裝有7臺SLM®500設備,，3臺SLM®280設備以及1臺SLM®125設備。

Divergent創(chuàng)始人、首席執(zhí)行官兼SLM Solutions監(jiān)事會成員——Kevin Czinger表示：“此次向SLM Solutions增購NXG XII 600將雙方多年來的緊密合作推向了頂點,，不僅完成了從原型制造到生產復雜結構的轉變,，同時也讓SLM®設備與Divergent自適應生產系統能夠相互配合，這將實現’人類-人工智能設計’的可持續(xù)發(fā)展,，開辟出一個全新的未來,。”

Divergent最初的工廠部署中還包含有眾多復雜的自動裝配結構,，在未來的兩年中它們將陸續(xù)投入使用,。Divergent將進一步擴大其先進設施的規(guī)模，這些設施將共同支持Divergent自適應生產系統,，并促進可持續(xù)生產,，其中包括主流汽車制造商的外包項目，同時也包括即將啟動的Czinger 21C超級跑車批量化生產計劃,。

大眾汽車粘結劑噴射技術將批量應用,，金屬3D打印零件年產量達10萬個

2021年6月19日，大眾汽車公司對外宣稱了它正在德國沃爾夫斯堡的總部使用一種名為 "粘合劑噴射（Binder jetting）"的新型3D打印工藝,，這種工藝使制造的部件比傳統用鋼板制造的部件要減輕50%的重量,。

粘合劑噴射法用一種兩步法取代了傳統3D打印中使用的激光，其中包括使用一種粘合劑來構建部件,。大眾汽車公司表示,，這種工藝使其能夠降低成本并提高生產力，并且它們是目前唯一使用該工藝的汽車制造商,。具體而言,，用Binder jetting工藝制造的第一批零件（目前正在等待內部認證）是T-Roc敞篷車的A柱部件。這些部件的重量是傳統制造工藝的一半左右,，大眾汽車公司表示,，它們已經對3D打印部件的防撞性進行了測試。

大眾汽車公司還宣布,，它已經與西門子建立了軟件合作關系，加強與惠普公司現有的打印機合作,。這樣可以獲得更多的生產優(yōu)勢,，嵌套疊加打印零件，即在同一個打印室中同時制造多個零件,。大眾汽車公司說,，這些創(chuàng)新加在一起，將使3D打印技術變得足夠低價,，使其在大規(guī)模生產的車輛中變得可行,。

△惠普的Metal Jet金屬打印系統

福特將大規(guī)模生產金屬3D打印汽車部件，采用粘結劑噴射技術

2021年8月13日，福特汽車公司（NYSE: F）公開表示,，將在未來兩到三年內用金屬3D打印技術大規(guī)模生產一種新的汽車部件,。福特公司的3D打印技術負責人Harold Sears說，它將依靠ExOne（Nasdaq: XONE）的金屬粘合劑噴射技術來實現最終部件的全面生產,。隨著不斷完善這個項目的大規(guī)模生產工藝,，福特還計劃將這項技術用到其他部件的生產中。

福特公司長期以來一直在使用3D打印技術,，先是依靠3D打印進行原型設計,，后來又成為前沿工藝的早期采用者和開發(fā)伙伴，如Carbon的數字光合成技術,。因此,，它成為使用增材制造（AM）制造金屬終端零件的領導者并不奇怪。

△福特公司使用數字光合成技術為特種車輛3D打印的零件,，圖片由Carbon公司提供

之所以福特說出這樣的計劃,，是因為最近與ExOne公司合作3D打印了6061鋁，其物理性能可與壓鑄部件媲美,。以可重復的方式3D打印和燒結金屬的能力使福特 "相信3D打印可以支持汽車的數量",。

△ExOne公司已經與福特公司合作，獲得了鋁粘合劑噴射3D打印的資格,，圖片由ExOne公司提供

Ascension Design推出3D打印2片式鈦合金輪轂

2021年9月22日,，南極熊獲悉，來自國內的設計公司Ascension Design展示了世界首款可實際使用的3D打印2片式鈦合金輪轂,，據公司負責人介紹,，該輪轂已通過國家標準的性能測試實驗，滿足上路的性能條件和要求,，將會在不久后交付給第一批客戶裝車上路,。

據了解，該輪轂規(guī)格為20寸,，外圈由碳纖維材質,，內圈由鈦合金整體3D打印（使用成型尺寸可達600mm的鉑力特四激光大型SLM金屬3D打印機）而成,，打印部分直徑為500mm,，單個輪轂重量為10kg，相比傳統輪轂重量減少40%,，整體性能提高30%以上,。據負責人介紹，相比于傳統制造方法,，3D打印可實現輪轂的定制化,，真正的滿足不同客戶的定制化需求,，并且創(chuàng)造出傳統制造方式無法達到的酷炫造型。

德國黑石以3D打印技術批量生產電動汽車電池

12月10日,，位于德國薩克森州Döbeln市的黑石技術有限公司(Blackstone Technology)宣布,，從即刻起將用3D打印技術生產電動汽車的電池。這家瑞士企業(yè)在德國的子公司通過在線發(fā)布會展示了其新工廠和首條生產線,。

該增材工藝名為“厚層技術”,，通過該工藝能用3D打印技術生產電池電極和鋰離子電池的隔膜。據該公司稱,，該制造工藝與傳統生產的鋰離子電池相比具有多項優(yōu)勢：通過打印工藝意味著儲存電力的電池單元層更厚,，因此能量密度提高了20%。電池的尺寸可以靈活調整,，可以根據客戶,，例如汽車公司的需求進行定制。電池空間節(jié)省15%,，材料節(jié)省20歐元/千瓦時,。與此同時，生產中的能源消耗降低23%,。此外該流程基于環(huán)保的純水工藝,，可減少50%的生產廢料。

德國對于增材生產領域是一個極具吸引力的投資地,，它擁有全球最領先的工業(yè)如汽車,、航空、軌道技術,、機械制造及其工程師傳統,，為生產流程提供了最佳的條件。這里是工業(yè)增材生產全球的真實實驗室,，這項3D打印電池的應用案例也表明在德國未來工業(yè)領域投資是值得的,。

助力汽車行業(yè)完成數字化升級，斯柯達利用3D打印技術精簡汽車生產流程

2021年12月15日,，捷克汽車制造商斯柯達宣布,，它將持續(xù)使用3D打印技術來生產汽車原型、備件和工具,，進而達到精簡其汽車生產業(yè)務的目的,。
作為"讓3D打印工廠更靈活"項目的一部分，斯柯達公司已經建立了一些打印工廠,，采用了由Prusa等公司開發(fā)的系統。該公司的增材制造計劃最近得到了捷克共和國工業(yè)聯合會的認可,，該項目現在被認為是該國過去一年中最具創(chuàng)新性的五個工業(yè)4.0應用之一,。此外，斯柯達還宣布了其即將推出的 "FORCE--未來工廠"計劃，這一計劃將加快他們公司許多生產設施中進行數字化升級進程,。

△斯柯達的打印工廠項目得到了捷克共和國工業(yè)聯合會的認可,。照片來自斯柯達

由于一款新車的開發(fā)過程很復雜，汽車制造商在新車型的研發(fā)階段經常要花上幾年的時間,。這段時間主要用于設計,、測試和迭代想法，這意味著需要快速的原型設計和較短的交貨時間,。像斯柯達這樣的汽車制造商可以利用3D打印機來簡化內部生產,，而不是僅僅為了幾個小批量零件的原型而投資整個生產線或模具。除了使公司能夠在更短的時間內完成新的設計之外,，使用增材制造還可以大大節(jié)省成本,，因為第三方制造商被完全淘汰了。

當然,，3D打印的使用案例也延伸到了制造工具,，在那里可以在幾小時內生產出夾具，以幫助裝配線的操作,。3D打印甚至在售后備件方面也有潛在的應用,。當處理以前傳統制造但現在已經過時的部件時，增材制造會特別方便,，因為部件的采購可能成為一個真正的痛點,。通過按需打印這些部件，公司可以確保更快的交貨時間,，同時減少對巨大的實物部件庫存的依賴,。

總結

縱觀2021年3D打印技術在汽車行業(yè)的應用，可以發(fā)現,，除了在原型制作,、輕量化、復雜最終用途部件以及工裝夾具等方面進一步深化使用外,，3D打印在電池制作和新能源汽車上取得的突破著實讓人眼前一亮,。有理由相信，趁著當下這股碳中和,、碳達峰以及新能源汽車發(fā)展的“東風”,，3D打印電動汽車電池未來勢必會展現出更強勁的勢頭。但我們也可以看到,，國內對于3D打印電池應用方面的研究乏善可陳,，表明我國的汽車制造商還需要在這一方面繼續(xù)發(fā)力，爭取早日推出能打的產品占領市場,。

不可否認的是,，3D打印技術應用于汽車行業(yè),，除了可以大幅度降低汽車開發(fā)過程中和制造過程中的成本，還能夠提升工作效率,，降低新車型新零件的開發(fā)時間,。最終，這些會反應到汽車的價格和品質上,，品質更好,，技術更完善、價格更便宜的汽車會因為3D打印技術的普及而出現,。也許就在不久的將來,，3D打印直接生產出大批量生產的汽車也可以實現，但這還需要3D打印技術,、3D打印材料,、3D打印速度的進一步突破，我們拭目以待,。