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(福特如何使用 Formlabs SLA 和 SLS 3D 列印機開發新款 Explorer
隨著消費者要求從化學燃料轉向電動車的壓力越來越大，汽車產業正在經歷快速轉型。福特在這一領域處於領先地位，就像 100 多年前透過生產 福特 T型車和引進裝配線所做的那樣，並計劃到 2030 年在歐洲獨家銷售電動車。
福特汽車公司是全球第六大汽車製造商，每年生產超過 400 萬輛汽車，在全球擁有超過 175,000 名員工。福特歐洲業務的核心是福特科隆工廠，該工廠成立於 1930 年，以組裝 Ford Fiesta 而聞名。
以相鄰工廠的 PD Merkenich 作為開發中心，負責從頭開始設計面向歐洲市場的所有客車，包括 Fiesta、Focus、Kuga 等成功車型，以及現在的第一款全電動 Explorer 面向歐洲市場的電動車，最近在科隆裝配廠進入大量生產。該團隊也與福特英國鄧頓技術中心合作，支援商用車的開發。
但福特如何跟上激烈的競爭和日益縮短的開發週期呢？請繼續閱讀，了解 PD Merkenich 的快速技術中心，該中心在創建產品開發的快速原型方面發揮了重要作用。
生產全尺寸汽車原型的工具
福特快速技術中心主管 Sandro Piroddi 表示：「原型設計在開發過程中非常重要。它為工程師提供了驗證設計的可能性。如果您以後需要重新加工射出成型工具或生產工具，這是非常昂貴的。這需要花費很多時間，因此在最壞的情況下，您的生產將會停工。透過原型設計和應用所有可用的技術可以避免這種情況，」
生產全尺寸車輛原型需要多種工具。快速技術中心是一個龐大的設施，配備了最新的製造方法—它擁有自己的射出成型機、成型工具和各種減材製造工具，甚至有可以安裝最大的底盤面板的銑床。
▲全電動 Explorer 最近已在科隆組裝廠投入大量生產。
當然，如果沒有積層製造，這個清單就不完整。 PD Merkenich 實際上是歐洲第一家在1994 年使用雷射光固化(SLA) 3D列印機的工廠，此後已將其設備擴展到一套熔融沉積成型 (FDM)、SLA 和選擇性雷射燒結 (SLS) 3D 列印機，以及金屬3D列印。
雖然第一個概念模型仍然是用黏土開發的，但隨著產品開發進入後期階段，每個組件都越來越接近其最終形狀，能夠使用盡可能接近的材料和工藝來測試形狀變得越來越重要。
「積層製造在開發過程中非常重要。它讓你有機會非常快速、非常有效率地生產零件，並降低成本。你也有可能在短期內做出反應。看看發展的方向隨著電氣化的發展，開發時間越來越短，這意味著您開發零件的時間越來越短，因此在開發過程中擁有這項技術非常重要，它使您更具競爭力。」 - Sandro Piroddi，福特快速技術中心主管
由於開發時間日益壓縮，快速技術中心不斷尋求積層製造領域的進步，使他們能夠加快組件的交付。
使用 SLA 3D 列印開發設計原型
SLA 3D 列印機主要在汽車運用於設計原型，這些原型需要良好的表面品質以及快速生產進行迭代。 PD Merkenich 的第一台 Formlabs 列印機是 Form 2，但他們很快就將其裝置規模擴大到多台桌上型裝置和 Form 3L。最近，他們是第一批獲得 Formlabs 最新 MSLA 3D 列印機 Form 4 的公司之一。
福特積層製造專家兼模具專家 Bruno Alves 說：「Form 4 速度非常快，我認為就速度而言，它是我迄今為止見過的最好的機器。與之前的型號相比，這確實是一個非常好的升級。操作更容易，因此我們的操作員更容易學習如何使用機器並獲得高品質的零件。」
▲PD Merkenich 是新 Form 4 的 Beta 測試人員之一。新列印機的超快速度將使廠房能夠在短短幾小時內交付新原型。
「與 Form 4 合作，它確實改變了遊戲規則。列印機的速度將改變我們的工作流程。我們可以交付更多的零件，生產量更高。如果我們有短時間的請求，我們會更有彈性。現在我們可以使用 Form 4 來完成這些工作。」- Sandro Piroddi，福特快速技術中心主管
幾年前，這需要幾天的時間，現在我們只需幾分鐘就可以列印零件。因此，工程師們並不害怕進行新的設計，因為他們現在可以非常快速地獲得零件。
現在，快速的列印速度使 RTC 團隊能夠在 24 小時內滿足更多請求，甚至是來自英國的請求，他們可以透過隔夜運送快速交付零件。
▲該團隊使用 SLA 3D 列印為新款 Explorer 製作了許多零件原型，例如後視鏡組件。
對於新款 Explorer，該團隊利用 SLA 3D 列印來測試許多外部和內部部件的設計。
Alves提到：「Form 3L 使我們能夠列印大型零件，例如車輛的外部車身零件。我們列印了這個鏡蓋來驗證適合 3D 列印這種方式，因為它速度快，而且與批量生產零件相比，我們可以獲得非常好的品質。」
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| ▲Form 3L 的龐大建造體積使團隊能夠生產出一件式的大型原型。 | ▲這些部件以透明樹脂列印，並使用 Fuse Blast 噴砂介質。 |
使用 SLS 3D 列印測試機械零件
福特廠房中還運作著一套大型 SLS 3D 列印機，用於測試機械零件。
「我們一直在嘗試測試和驗證與大規模生產中使用的材料更相似的材料。 Fuse 1 + 使用的材料尼龍 12 與射出成型批量生產零件非常相似。」Alves 說。
雖然團隊內部還擁有大尺寸的 SLS 3D 列印機，可以列印大型車身面板，但他們更喜歡使用能夠適合建造體積任何部件的 Fuse 1+ 30W。
Bruno Alves 補充：「Fuse 1+ 比競爭對手快得多。我們的工人操作機器也非常容易。歸根究柢，對我們來說真正重要的是能夠輕鬆、更快地交付零件。」
該團隊也是 Fuse Blast 自動清潔和拋光解決方案的 Beta 測試人員之一，該解決方案完善了 SLS 工作流程並簡化了後處理。
「Blast 大大加快了我們的流程，因為操作員現在不需要手動清潔零件。他們只需將它們放入盒子內並啟動機器即可。以前，他們都是手動完成，非常耗時。現在這個期間，操作員可以做其他事情，加快了整個過程，」Alves 說。
▲充電埠是一個複雜的元件，不可能用任何其他方法進行原型設計。
SLS 3D 列印的自體支撐性質使其更容易生產複雜的設計。對於新款 Explorer，該團隊使用 Fuse 1+ 30W 生產各種機械零件和組件。
「對於這個充電蓋，使用 SLS 非常重要，因為我們需要一個功能部件來測試機器。這是一個非常複雜的設計，我們無法以任何其他方式生產，我們不能銑製這部分，也不能只使用射出成形來生產一些樣品。因此，最好的方法是使用我們可以進行物理測試的材料進行列印。」Alves說道。
使用 3D 列印模具嵌件進行室內射出成型
擁有多種內部技術還使快速技術中心能夠創建混合工作流程，例如，將傳統製造流程與 3D 列印快速模具相結合。
根據預期的應用，團隊可以選擇最合適的生產流程和材料，旨在優化工作流程的成本、速度和整體效率。例如，在碰撞測試中，零件必須採用與大量生產相同的材料和製程製造。對於塑膠零件，這通常涉及射出成型，這個過程傳統上需要昂貴且耗時的金屬模具。
「我們看到了使用 3D 列印插件進行射出成型的巨大潛力，因為我們可以非常快速地疊代設計。我們在型芯中列印型腔，然後我們可以在工具中更改它們並注射零件，」Alves 說。
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| ▲該團隊在 SLA 印表機上使用高強度10K樹脂生產射出成型嵌件。 | ▲對於相同的應用，他們在 SLS 印表機上使用使用過的尼龍 12 粉末。 |
▲3D 列印使團隊能夠使用其內部工業射出成形機快速生產用於成型不同設計和快速迭代的嵌件。
對於新款 Explorer，該團隊在其內部射出成型機中使用 3D 列印模具嵌件生產用於門把手組件的橡膠零件。
「這是一個複雜的過程，因為我們使用了多個插入件，而且還有幾種不同的設計，每種設計都可能有多次疊代。通常，外部射出成形成型可能需要兩到三個月的時間。在內部，使用積層製造，我們可以將這個過程加快到大約兩週，最多三週。對於這個項目，如果我們必須使用外部工具，將會更加耗時，而且我們將無法按時交付零件。
▲每個門把手設計都包含兩個用於阻尼和絕緣的橡膠部件。對於四門 SUV，這意味著每次設計迭代都有八個獨特的組件。
加速電氣化
福特承諾在 2030 年推出全電動產品線，為 PD Merkenich 工廠制定了雄心勃勃的藍圖。為了達到必要的里程碑，公司將必須繼續尋找尖端技術並嘗試新的創新工作流程。要保持競爭力，他們需要突破界限並整合新材料、製程和機械，例如內部工具和 3D 列印。
Alves：「我們的競爭對手正在加快開發進程。我們也需要加快速度。因此，解決方案是測試即將上市的新材料、新製程和新機器。目前，如果我們無法獲得積層製造，我們將無法與競爭對手競爭。 3D 列印使我們能夠在更短的時間內為客戶提供最好的產品。」