Stratasys姚志坚：3D打印如何进汽车行业？

Stratasys中国区汽车行业解决方案经理姚志坚

很多人都会问，什么是3D打印？当然我们并不代表所有的3D打印，我们使用了塑料和树脂中比较好的技术。首先，我认为它是一个工具，其次，我认为3D打印使用中有非常多的知识，最后，我认为3D打印其实是一个选择。为什么这么说呢？传统工业很发达，3D打印又叫增材制造，市场全球一年可能在100亿美金不到，传统的制造业太大，我们只在一些情况下会采用3D打印。我今天讲的3D打印都跟汽车有关。

我们公司是美国的纳斯达克上市公司，在全球3D打印产业里营业额最高。我们怎么看3D打印？从它的使用方向来讲有三点：第一当然是做原型。汽车行业非常多的更换模型，也非常多的平台化，意味着有更多平台化上的内饰和外饰经常改形，所以3D打印以前叫快速模型技术。当然现在也有更多的公司不仅做模型，还会做工装夹具、工装检具，3D打印比较适合做复杂形状、数量比较少的产品，但是最后，我们来到了直接制造的阶段，其实比较典型的有医疗里面的植入，还有航空塑料件、机翼上面的喷油嘴。汽车方面产品的数量大约几十件，为了个性化。

现在3D打印用得比较好的在北美，除了一部分是用来做我们熟知的功能原型以外，也会来到一些最终的产品，工装夹具、试生产，这些都在中国跟比较多的主机厂还有一些比较著名的Tier1公司在合作，最近跟上海通用就在做原型以外其他功能的一些应用。

这个可能是主机厂和Tier1非常关心的，就是怎么在快速的设计更改中，让我的设计模型跟我的工装快速体现？这不仅体现在3D打印，还有数据处理、工装设计，我们能够做的是，一旦你的模型确认了，我尽快把它变成一个可以摸得到的样件，变成可以测试、组装的工装方案。

比如大家看到的这个样件，黑色的是软的，还有白色和黄色的部分，模拟出风口三个不同的硬度需求。整个样件可以一次打印出来，不需要组装，不需要开模。打印这个样件可能不过十个小时。

再比如整体风洞或者样测的时候，不可避免要做一些大型的快速样件。这个样件一个星期就能做出来，传统可能需要一个月左右或者一个半月的时间。

我们也会有一些功能测试样件，一些路试车、模型车都也需要功能性，都有一定强度的要求，而且我们知道汽车行业正在使用更多的塑料、碳纤维，所以这个白色的PC都是我们汽车行业在用，可以把它直接打出来，不需要组装，可以进行路试或20辆左右车的功能性的测试。

包括一些门饰板，因为是相对比较大的部件。可以做金属件的连接，进入路试或者是公路性测试的阶段。

还有工装夹具，你需要确认、安装、让它跟我的生产匹配。不仅设计出来，还要能够跟生产对接，所以你们看到这几个样件可以10个小时打印出来，可以进入测试或生产辅助确认阶段，快速的设计、快速的确认、快速生产性的可行性的确定，都非常有意义。

我们的客户欧宝，工厂里有好几台3D打印在不停作业，主要是总装车间里各种的工装夹具。好处就是时间会缩短，重量会减轻。汽车行业把很多的钢换成铝，或者换成碳纤维、塑料，工装夹具也是这个趋势，不是全部，但有一些需要轻量化的部分可以这样做。

这个案例是我们给欧洲OEM服务的工装夹具供应商，以前门安装密封的工装是铝合金做的，大约是几百磅，现在是几十磅，它的操作时间很短，如果需要做几十万件，成本就能节约很多，非常有意义。

当然除了小车，大车也一样需要工装，需要降低成本，需要测试直时接使用这个件，除了瑞典的沃尔沃，我们跟国内的有些大卡车公司也在这样做一样的工作。

提到3D打印，我自己心目中有两个公司，一个是福特，一个是宝马。宝马做了很多工作，福特最近也投了45亿美金在新工厂和3D打印的应用上。我们先看宝马，宝马这个中间是它的一个保险杠曲度的测量仪，贴标机以前是铝合金的，现在轻量化以后可能也就5、6两，真的很轻。

宝马的贴标机像扶手一样，这个是本田的贴标机。为什么说3D打印是一个工具，同样的3D打印，甚至同样的材料，可是大家的设计是不一样的。我觉得这个科技也许是“黑”的，因为3D打印只是一个工具。

如果我需要做一个样件，需要模拟以前的金属件，有什么材料可以贴近它，快速出现这个东西，所以你不用依赖别人，一台3D打印机一天就可以做出来。

汽车行业少不了风洞测试。汽车的风洞测试都是保密的，我用飞机的比例来表达，这大概是在3.3米，我们一般做1：2车的风洞会再小一点。传统用铝合金比较多，以前也用木头，现在用塑料来做风洞比较多，因为汽车现在外表面很多是塑料的，好处就是比以前更快、更便宜。

这是大发公司，被丰田收购了。它用途不复杂，但是是个性化的步骤。它的保险杠的外侧部分会用3D打印来做，提前选好后有个性化的东西在里面，有不同颜色和不同图案可以选择。全球有八个主机厂他们在做，其中一个主机厂在做内饰。

在日本，它的成本比CNC便宜，时间比CNC快，在中国我相信比CNC快，但是不一定便宜。材料，以前用ABS，现在讨论用更高性能的材料来做出风口或者是GPS系统。

这个方案我相信大家以前也许没怎么看过。模具有钢模和铝模，如果只有3000块成本、一天时间，有可能做一个真实材料的注塑吗？我们的材料是可以做到的。绿色部分是我们的软模，白色是注塑件，可以在一天时间里用几千块成本打出几十件你要测试的部分，这个也是欧美汽车行业我们非常受欢迎的产品，因为非常快，非常方便。

当然还有一些小小的功能，比如线束管理。

丰田Avalon项目，现在有一些项目时间越来越紧，你可以选取一些零件用3D打印来帮助开发。

这个黄色的展品，那不是无人机，而是一个轻量化的3D打印塑料的抓手，跟铝合金比它的重量能够节约至少40%。另外一个案例，我们比铝合金的机械手臂能轻90%。这对于一个高度频率运作的机械手，时间上非常有帮助，当然不是这么简单，需要一些理解，需要一些设计的更改。

这个碳纤维部件，并不是每一个公司会用到，赛车使用非常多，关键是怎么用3D打印工具实现一些复杂碳纤维包裹成型的制作。

我们现在也能不通过STL直接打印，如果大家不了解3D打印可能不是很熟悉，跟以前来比是有进步的。

分享一下我们与汽车行业合作后可公开的信息。通用在北美有一个很大的3D打印中心，本田在北美也有一个非常大的3D打印实验室。GE在去年年底收购了两个金属品牌，所以它今年会做发动机喷油嘴的实际生产，所以我相信3D打印的时代已经到来了！黑不黑我就不知道了，但是我觉得还蛮好用的。

我们看一些轻量化的模型。大家很多是做无人驾驶、大数据、电动或者混合动力，毫无疑问，汽车轻量化也是一个火热话题。怎么实现轻量化？我们在设计上可以提供一些帮助，比如拓扑优化、来自内饰的优化。我们轻量化的逻辑用到了仿生，有逻辑的支撑结构，把材料用少，同时保证强度。

这个案例大约节约了30%的重量，玻璃从其他制造方面也可以减重，特别是个性化车辆。

这是我们公司最近的一个比较好的材料，它的塑料强度可以到铝合金6061的强度，跟金属是一样的。无论航空还是汽车永远在讲能不能更轻，或者能不能一样结实或者更结实。

这是3D打印的一辆日本的车HUVO，2013年第一辆车，速度40公里/小时，2014年，速度60多公里/小时这个框架是我们帮着打的。前年时速更快一点了，可能在80几公里。去年做了什么事情呢？他打了一个小巴，我们一直在做更大、更快的东西。

这是CES现场展出的一个车，你们看到它有金属打印的部分，可以打底盘，但是框架是塑料打印的。最近有两个技术用在轮胎制造，一个是打了特斯拉碳的轮胎，产生电能供给赛车。还有用金属打印来做复杂的轮胎的纹路，因为它不需要开一样的模具，可以用3D打印的方式做定制化轮胎的生产。所以3D打印刚刚开始，但是会有越来越多的产品落地。