賓利、BMW都在用!3D列印翻轉汽車產業的五個方式

儘管現在我們還無法直接在汽車販售處購買3D列印汽車,但3D列印一直都是汽車開發過程中非常重要的一部分。最近,我們開始看到3D列印使用案例在整個製造過程中佔有舉足輕重的地位。
 
3D列印可以為供應鏈提升許多價值,並進一步解鎖更多廣泛的應用方式。隨著越來越多公司能夠將加法製造方式帶入公司內部,3D列印技術已經越來越可行且實惠。新型的彈性材料可提供高精度、功能性的3D列印,這些3D列印物件不僅可以作為最終成品來應用,更提供了高品質的客製化選擇。然而,這只是一開始而已!
 
接下來,我們將從設計面到製造面,帶您了解5個3D列印推動汽車產業創新的關鍵方法!

1. 改造打樣的流程

一直以來,打樣一直是3D列印在汽車產業最常見的應用。由於使用3D列印來進行打樣的速度大幅提升,「快速打樣」幾乎已經成為了3D列印的代名詞,這項技術讓產品的開發流程有了突破性的變革。
 
透過3D列印,汽車設計師可以快速的製作實體的打樣物件與配件,從簡單的內部零件到儀表板甚至是整輛汽車的比例模型。快速的打樣讓公司可以將想法轉為有說服力的概念證明。接著,這些概念可以發展成跟成品高度吻合的仿真打樣物件,再通過一系列的驗證階段來達到量產。在汽車產業中,這些快速驗證是非常重要的。「暫停汽車製造的產線,哪怕僅有一小時,仇北都是非常高的。」Formlabs產品設計/工程/製造業經理Andrew Edman提到。
 
 
透過在公司內部使用Formlabs雷射光固化3D列印技術,Ringbrothers的設計師跟工程師可以自由、有效率且符合經濟效益地做產品的迭代。
打樣曾是非常耗時的,因此若產品經歷越多的迭代,可能會越發的昂貴。然而,透過3D列印,具說服力且具有代表性的打樣物件可以在一天之內就完成,且成本大幅減低。桌面級光固化列印機讓工業與設計團隊能夠將3D列印技術導入公司,進而增加迭代週期且縮短了想法與成品之間的距離、也增強了公司內部整體攢品開發的工作流程。

2. 製作客製化、複雜且高精密度的物件

3D列印以大幅降低的成本來生產客製化物件是非常理想的,讓製造商在生產方面有更多新的功能,也提供給客戶更多元的產品。
對於以「客製化」為核心的小型公司來說(例如:客製化汽車廠商Ringbrothers),3D列印汽車的零件提供了增加品質與創造力的方法,為實驗以及完善的客製化物件提供了非常重要的空間,不需要過於擔心客製化需要考量的潛在費用以及好時的製造過程。
 
 
Ringbrothers用了3D列印來客製化生產成品,像這個通風孔。
 
許多大型的汽車公司也有將3D列印技術與傳統的生產方式結合。福斯汽車(Volkswagen)重新研發了極具代表性的1962年產小型巴士(Microbus),並以120匹馬力、173磅-英尺的扭矩電動驅動器取代了原本的汽油發動機。“Type20”的概念也透過了3D列印技術來實行的許多改良,包括衍生設計的鑄鋁輪。甚至是輪蓋都是用3D列印製作的,雖然他們看起來很像鋼製的,但其實是透過Formlabs的雷射光固化列印機所印出來,再經過電鍍處理,進而呈現金屬的樣貌。
 
 
福斯汽車中Type車款的輪蓋是用光固化3D列印所印製,接著再做電鍍與拋光的處理,看起來就像鉻鋼一樣。
 
賓利的Speed 6是另一個例子。這家豪華汽車製造商使用了先進的金屬3D列印科技來製作比先前所生產的模型更細緻、更精密的物件(柵,側面通風口,門把以及排氣口等)。
 
賓利使用了金屬3D列印技術來製作具有微米級精度的細緻物件。
 
不過3D列印的應用不僅限於經典車款、概念車款或者是展覽模型。Twikit的客製化軟體讓英國的汽車製造商MINI能夠使用3D列印來為汽車提供大量的個人化服務,讓購買者可以完整地進行設計。客戶能夠使用一系列的字體、圖案與圖像來客製化車子內部與外部的零件,並搭配3D視覺化來查看設計。實際上,對於此種計畫的市場可行性來說,模組化的3D列印物件讓成本大幅降低,讓大眾更能負擔得起此種形式的個人化服務。
 
MINI與Twikit的合作讓買家可以自主性決定設計的樣貌,不管是車子內部或外部的零件都可以。這些物件因為採用3D列印技術來製造,進而大幅降低了成本。
 
3D列印更是讓許多原本無法透過其他生產方式來生產的物件變得可能。Bugatti的八活塞單體式制動卡鉗(eight-piston Monobloc brake caliper)就是一個非常好的例子。Bugatti喜愛應用鈦材質因為這款材質擁有高性能,不過若利用傳統的方法來做金屬的加工其實是既昂貴又具富有挑戰性的。3D列印不僅讓Bugatti能夠按照所需的尺寸去生產卡鉗,且性能可以達到更高更好的表現,除了大幅減輕了物件的重量,同時又比傳統生產的替代品(鋁)更加堅硬與穩固。
 
Bugatti的八活塞單體式制動卡鉗(eight-piston Monobloc brake caliper)是世界上最大的功能性鈦製3D列印汽車物件。

3. 生產機工與製造輔助工具

工程師會使用製造的輔助工具來讓製造與組裝的過程更加簡單與可靠,近一步縮短了工作的週期,也改善了工人的安全性。汽車工廠與零配件供應商一般會使用上千個訂製的夾具與治具,且每款夾治具都針對最終成品的用途進行了優化。不過這樣會造成訂製的工具數量龐大,在製造過程中增加了可觀的成本與複雜性。
 
如果將這些訂做的零配件外包給提供固體塑料火者金屬加工服務的廠商來製作,可能會需要到數週的時間,且較長的交貨時間也讓零配件較難以去適應工廠的變化。
 
跟外包給其他廠商相比,加法製造能夠將交貨的時間縮短到僅僅幾個小時,大幅的降低了成本。且即使零件的複雜度很高也不會產生額外的成本,因此可以針對最終用途進行更良好的優化程序。新型的彈性3D列印材料更讓許多製造商能夠以3D列印塑的料物件來取代金屬物件,進一步在確認產品之前進行打樣設計與測試。
 
因此,透過3D列印來生產製造輔助工具成為了這項技術最大的應用之一。
 
 
舉例來說,Pankl Racing Systems透過擁有多台Formlabs雷射光固化的3D列印機的3D列印站台來製其重要的生產工具。在製作變速箱的組裝配件時,公司所生產的每個零件都需要專為此零件所設計的夾治具與其他公司,因為這些零件需要經過自動化車床的的許多加工階段。透過使用3D列印,Pankl的工程師將夾具的交貨時間減低了90%(從兩週到三週的時間減少到一天之內),成本方面也減低了80-90%,節省了15萬美元的成本。

4. 解決備用零件問題

備用零件一直以來都是汽車產業的一大挑戰。因為它的需求是零散且不可預測的,因此在某些情況下,生產備用零件的價值可能會成為具有爭議性的財務決策。然而,如果沒有可取得的備用零件,汽車產品的價值將變得更加的不穩定,且在維修上也更加的困難。另外,生產預期可能會需要的備用零件也為倉儲的成本增加大量的支出。
 
3D列印的良好定位對於汽車產業的備用零件問題產生的很重大的正面影響。「我認為(透過3D列印來解決備用零件問題)是能夠獲得與傳統材料的性能及成本效益相匹配的材料。我們正在接近這一點!」Edman提到。「這不是一個『3D列印會不會取代備用零件生產嗎?』的問題,而是『什麼時候?』的問題。」
 
透過使用CAD軟體,可以將所有的零配件設計存成數位化的檔案,因此就不需要保留過時的庫存。隨著桌面級的3D列印機逐漸普及,備用零件現在大部分可以根據客戶的需求在店內生產。此款技術的可取得性也會鼓勵供應商去開拓新的空間,進一步提供3D列印的零組件。
 
針對現存零件做逆向掃描,即使是不再存在的零件也可以再次滿足需求量。舊的設計也能擁有新的生命!「人們擁有50歲以上的老爺車,有朝一日,我們可以透過3D列印來以更自動化的方式為這些產品提供支持。」
Ringbrother透過3D列印形狀並將其鑄造成金屬,為客製化的舊車款複製了凱迪拉克標誌。
 

5. 簡化通用零件的生產程序

隨著3D列印技術在硬體與材料成本方面變得更加實惠,我們看到了一般性汽車物件的生產有了進步的變革。
3D列印可以提高一般零件於製造階段的效率。「您會看到3D列印技術就是我們可以用加法製造的好處來將物件合併在一起的機會。先前您可能會有六到七個物件組合而成的組裝件,您可以原本是由六或七個物件組裝而成的零件合成單一的列印物件。即使因為合成所以單一列印可能會稍微貴一些,但您還是可以大幅地節省組裝的時間以及成本。Edman提到。透過將物件組裝起來,3D列印的過程還可以幫助減輕重量與提高燃油效率。
3D列印所提供的多元化材料選擇開始能夠滿足車輛不同零組件的機械要求,由於加法製造與傳統方法(舉例來說:開模、壓鑄等)達到了成·本平價,從生產與財務角度來看,將3D列印整合入一般零配件的的製作過程中將更具意義。

加碼:3D列印汽車

儘管完整的3D列印汽車離上市還有一段時間,但還是有一些非常讓人激動的計畫與概念車款,預示了汽車行業的走向。
 
EDAG的Light Cocoon:這輛概念車是由獨立的汽車開發商EDAG所製造,具有3D列印的樹枝狀承重結構,靈感來自於大自然。儘管結構所使用的材料少於常一般的車子底盤,它仍滿足了所有對結構相關零件的要求。且為了使車子的底盤能夠對零配件產生彈性,在車身面板上覆蓋了特殊織物。
 
除了高耐候性外,EDAG的Light Cocoon外罩在設計與個人化方面提供了絕對的自由。 (來源:EDAG)
 
The Blade:「世界上第一台3D列印超跑」旨在按照超跑的標準規格並以低成本材料來生產—例如碳纖維管和鋁棒,並與生衍生設計的3D列印金屬零件相結合,進一步實現輕量化和高性能。
 
The Blade是世界上第一個3D列印超跑
 
Strati:世界上第一輛由Local Motors生產且過程中大量使用3D列印的電動汽車。這款汽車由50個單獨的零組件組成—遠遠少於傳統車輛大約30,000個零件的數量。它的底座與大多數的結構要素都是在不到24小時內完成3D列印的,而公司希望將時間減少到10小時以內。
 
 
LSEV:由義大利XEV公司所研發的LSEV可能會在2020年進入市場,並成為第一個被推廣至「大眾市場」的3D列印電動汽車。除了底盤之外,它的座椅與擋風玻璃等,幾乎所有可見部分都是使用3D列印製作的。由於3D列印的廣泛使用,XEV將汽車的組件的數量從2,000個減少到只有57個,進一步達到了了僅有450公斤的輕巧設計。
 
儘管這些項目以及許多其他3D列印汽車的計畫都還處於概念的階段,但3D列印席捲汽車產業各個領域的速度令人震驚。在某些狀況下,3D列印技術正在突破界限、更幫助去實現設計與生產中的嶄新的可能性。在其他方面,這項技術正在降低生產成本以及節省時間。
隨著人們對3D列印價值的理解不斷的在整個行業中傳播,且隨著技術和可用材料的日益多元化,這種增長趨勢還在持續中。

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