GE增材：3D打印与汽车制造产业链

AMCC2018杭州大会的高峰论坛，“汽车工业增材制造发展论坛”。南极熊3D打印网小编现场聆听了专家们的演讲。下面是现场速记的文字记录。


通用增材产品战略总监Joe Hampshire

    陈燚（音译）：简单介绍一下，Joe Hampshire是GE增材工程咨询团队的产品总监。他不光是汽车方面的专家，航空航天或者其他的一些领域他也是非常资深的。所以这次有机会能够请到他从美国不远万里赶过来，是非常难得的。
    昨天杭州为了欢迎他，天气太热，所以打了雷，下了雨，他不得不在广州飞过来的时候跑到南昌，折腾了四五个小时，最后10点多才到，所以他有点累，如果今天表现不是非常出色的话希望大家能理解。
    我是GE增材中国区负责销售和服务的总经理陈燚（音译），希望有机会和在座各位能够为增材在汽车行业的推动一起努力，希望能够帮到大家。

    Joe Hampshire：首先非常感谢组委会邀请我来，也感谢大家今天来听我的汇报，过去我在增材行业做了五年，可以说在汽车领域也有心得，在接下来的时间里头希望能够跟大家分享过去这五年得到的一些体会。
    GE选择任何市场进入前，一定要做前期的市场调研，市场到底有多大，我们看未来汽车行业在增材应用方面。从18年到2023年，年均符合增长率高达28%，当然这个数字既包括金属的3D打印，也包括非金属3D打印。也就是到2023年，全球市场体量会高达50亿美金，在这中间我们认为金属机将占到非常大的比例。
    说到汽车非常重要的一个指标性的东西就是燃油效率，这不光是汽车厂商的追求，实际上监管机构对于汽车厂商的硬性要求，不管是欧标排放的要求，也包括美标也好，在美国甚至有一些具体的州和城市要比国家标准要求的更高，如果你的汽车不能达到它的排放和燃油效率的要求，车都不让你进城，这就为增材制造在汽车领域的应用提供了广阔的天地。比如减重，最显而易见的车身重下来的话，燃油消耗量就会降低。再包括车身空气动力学，为什么跑车那么漂亮？就是减少风阻，效率会得到提高。涡轮增压，通过发动机可以把刚体变小，但保持同样的功率输出。再有是热交换的管理，对于不管是传统内燃机汽车也好，还是纯电汽车也好，都有非常好的应有。   
    这张图是把一个车拆开，可以从发动机部件看到，比如发动机上热交换器也好、燃油分布也好，体量比较重的活塞、进气气管，甚至整个钢体，曾经在德国用著名SY2000打过整体的一个发动机刚体。当然也包括车身，不管是底盘悬挂还是轮胎轮毂，前面几位专家也讲了，在轮胎方面，一些模具方面也可以在增材制造方面有很好的应用。再有是制动方面，都有很多应用的空间。
    这里想跟大家强调一下，增材制造应用在汽车零部件上，其实不是简单说这个东西现在用铸件做出来的，我想办法用增材的方式一对一打印出来，这种思维就错了，或者走入了死胡同。更多是要抛弃以往减材设计方面的束缚，充分利用增材的优势，不管是把部件整合也好，甚至在一些性能上的提升也好，把它考虑到你今后要替换这些加工方式的商业模式，说白了就是算投资回报率，这个投资回报率不是简单的替代，而是要外延扩大来看。不光是制造成本降低，而且对车性能提升，这都是要做投资回报率计算的时候要考虑的因素，接下来我也会就这方面跟大家进行分享。
    讲到经济模型，非常重要的一点就是成本模型。做成本传统来看，我们采用一种新的工艺进入之后，无非就是料、工、费，之外可能还要考虑运行成本，包括后处理，因为目前来说通过增材的方式，纯粹通过增材还是不能达到最终件的要求，比如需要有热处理，需要有机加工，这些也需要考虑进去，包括检验成本，出来之后一定要做质量检测。降低传统意义上的成本，增材本身已经有一系列的抓手可以用。比如，在打印机板上零件怎么摆放，是不是需要倾斜一点，同样一台机器如果这方面做好了优化，可以帮助你提高打印速度，降低粉的损耗率，最终降低单件的成本。
    再有是对于不同打印的策略，你可以提高每层铺粉的厚度，甚至可以调整一些材料的参数。比如选择一些比较好的材料，或者优化过的材料，对于一些在周边需要精度的情况下你用激光速度慢的来打，但中间实心部分可以通过大激光快速扫描，这样可以整体提高打印速度，最终提高降低增材制造成本的结果。当然，这仅仅是对于成本降低的其中一部分，其实还有更多的，大家可能做成本模型的时候往往会被忽略掉的。所以接下来我会跟大家分享一下忽略掉的隐形的成本是什么。
    除了成本本身之外，其实有很多因素同样需要很重要的考虑在商业模型里面，从内向外一步一步解释。成本模型刚才提到了，料、工、费等等，再一个是通过增材制造出来的工件有可能比原来工件有更多性能上的提升，有可能是重量减轻那燃油经济效率就会提高，有可能是整合之后对于整个成本产品生命周期有提高，它可能更耐用了，传统加工方式用5年，现在用增材的方式可以用10年，这些好处都要考虑进去。单个部件看完之后，我们把视野再扩展一些，如果我们把整个产业链和供应链考虑进去，昨天Mohammad讲到一个非常著名的例子，如果我们的占有喷嘴用20个零部件才能凑成一个，现在用一次才能打出来，但是这20个零部件因为有不同的供应商，我们匡算过，最重要组装起来的话这些零部件要周游世界，绕世界几十全到你的工厂最后组装。3D打印出来之后，工人拿出来放在生产线上组装，这样对于供应链的整合是革命性的。
    刚才所有讲的是成本，如果熟悉财务的会知道，这都是属于成本部分的。但是我们还要考虑，如果这种增材的设备或者部件带来性能的提升，实际上可以帮你进一步提升销售，比你的竞争对手早前一步，可以更多拓展你的市场。从销售层面给你带来的好处，也是需要在你的经济模型里头匡算的。所以我们在考虑整个经济模型的时候，除了传统意义上成本因素考虑之外，还要把它对于性能的提升、供应链的整合以及可能带来的新的商机，整体这些因素都要考虑在内。
    接下来我会就具体的可能带来的好处充分展开。成本模型刚才已经提到了，不再讲了。可量化性能上的改善，比如重量的减轻，提高了燃油的经济效率等等。供应链的整合也提到了，有可能不用全球旅行之后，到这儿100米就可以，但其实还有很重要的一点，就是对于库存的降低，因为3D打印对供应链的控制都在你工厂下，不要依赖于你的供应商，汽车供应链已经非常精益了，再从石头挤出油来可能要靠突破性的技术才可以，而增材就有可能是利用的抓手，库存降低也好、运费也好，对供应链都有优化的过程。最后如果这些东西都做的好，可以帮助你比竞争对手有更多的优势，赢得新的市场。
    我再举航空的一个简单的例子。燃油喷嘴出来之后，原来主要是用在商用飞机载体客机上，原来三个竞争对手，其中最大的竞争对手就是RR，有了燃油喷嘴使得燃油经济效能提升了20%，重量降低了5%，原来市场50：50，现在市场变成了我们占70%，它们占30。所以这方面带来的提升是最大的。
    下面举一些例子，眼见为实。
    第一个例子，有关汽车所谓的热交换、热能的管理。熟悉汽车的都知道，不光汽车前面有散热器，其实很多部件都会用到散热器。有了增材制造工具之后，有了设计的自由度之后，把多个散热器整合在一起，甚至按照车身的形状，把它按照相应的形状打印出来，不光可以把多个部件整合在一个部件，甚至打印出来的形状可以让车减少风阻，提高燃油经济效率。这是从GE过去几年的经验，看到有可能短期内很快帮你提升立竿见影，见到效果的一个应用场景。
    第二个例子，涡轮增压器的可体。这也是我们实验室说，如果通过3D打印材料，好的设计，可以让整体的热降低30%，整体重量降低14%，这样多快好省达到了同样的性能效果。
    汽车制动系统又是一个非常经典的应用场景，根据我们的经验，因为你拥有了设计的自由度，你可以通过更加复杂的几何设计，能够保证一些传统的铸造方式达不到的，但是现在3D打印方式可以实现。通过它实现之后，一些新材料的应用可以有更好的空气动力学，可以减少机体的需要量，能够达到同样的效率，同时还能够做到成本的节约和性能的提升。
    对于传统的内燃发动机，如果能够巧妙应用增材制造设计和制造的方式，也能够提高能量的输出密度，提高发动机的效率。比如在缸盖上通过一些集成冷却的方式，可以让它的冷却效率更高，点火系统也可以优化。通过一些设计，可以让它的燃料预混，点火之后效率更高，包括一些活塞增材材料制造，可以抗耐久性和对于温度适应的能力也能够提高，包括它的密封性。包括通过热交换的管理，能够减少它的变形，温度分布更加均匀。
    另外，我们认为有非常好利用前景的，就是如何通过3D打印的方式实现既能够让车身这些主体，主框架结构既能够轻量化，同时又能够满足在碰撞中吸能的要求。包括图片上的精细结构，实际上通过一些好的设计，能够鱼肉和熊掌同时兼得。
    在汽车生产流水线上的工装、夹具、固定装置等等，这是另外一个非常有前景的应用场景，因为这些根据不同车型、不同整车厂需求需要做一些微调、定制，没有标准件。但是按照传统的做法，可能有些工装夹具，如果做到定制化会很难，因为开模费用很贵，即便能做到也会导致开模费用很贵。但如果能够通过3D打印方式来实现，就可以起到事倍功半的作用。根据我们的经验，我们预期这么做至少从开模角度来看降低成本20%。
    （PPT图示）这是真正用我们一台最小的激光机器打出来的一个实实在在的例子。大家可能有感受，前两天杭州这么热，车在外面放了很长时间，一摸档把很热，打印旋转冷却可以达到29度，可以带来很直观的感觉。
    最后再举一个例子，刚才我也简单提到过集成发动机刚体的打印，里面有非常复杂的冷却孔道和燃油、润滑油分布的孔道，它的背景隐隐约约是虚化的，目前全球范围内也是在激光铺粉里面成形面积最大的一款机型，叫SY2000，它的成形尺寸是800SX500Y，轴高是800、400、500。实话实说，用这种方式来打发动机刚体绝对不是现在量产能够从成本上短期内经济实现的，但这至少给到大家一个脑洞大开的机会，这是在未来有可能实现的，这种无限的可能就在各位在座手中。
    今天大家也比较累了，所以做软文广告的部分我尽可能精简一些。GE增材正是因为起家是在航空，今天上午包括昨天，如果听到老莫讲演的话，这两个东西大家就会比较熟悉了，燃油喷嘴和我将发动机，正是这些在我们公司得到了锻炼，我们现在专门组成了工程咨询团队，希望能够把这个经验带到航空航天以外的行业，让大家少走弯路，让大家实现质的飞跃。
    这款我将发动机诞生之前，我们这个竞争对轴占有了90%的市场份额，30年GE没有办法把它干掉。这款发动机出来之后，到目前为止它试飞还没有成功，已经拿到6千台的订单，现在也可以说是半壁江山。这就是增材应用好的话，不光是降成本，提高性能，实际上对于一个行业来说，对于某个细分市场来说可以帮助你转败为胜，可以帮助你赢得客户。
    GE提供整个增材制造解决方案的时候，并不只是单独说我有硬件，我有3D打印机，我有粉末，我有软件，包括工程咨询服务，同时它构建了一个生态圈。再有是软件本身，所有的机器如果需要都可以连在这个平台上，进行云计算或者预防性维护也好。Geonx是做仿真软件的，可以减少试错的成本，至少可以缩小备选的方案。还客户全球体验中心等等。GE增材虽然很棒，但不是一个人在作战，实际上GE很多兄弟单位都在帮助我们推这个技术，开拓这个市场。GE中央研究院有1000到1500多名材料专家，共同帮助增材客户研发出更多的、更好的增材打印需要的粉末和材料。
    （PPT图示）从硬件设备来看，从小到大，最左边是小型的，刚才提到的档把，就是用它打出来的。中间是中型的，特别是像M2，燃油喷嘴就是用它打的，天上飞的2万多件燃油喷嘴就是它打出来的，是我们的主力机型，是跑的最快的一款机型。剩下的是大家伙，尺寸最大的可以达到800X400X500，中间这台就是刚才在大众打出来整体发动机的气缸。
    （PPT图示）这款有可能会成为颠覆汽车行业的新的技术，刚才提到激光部分技术、电子束熔融技术，这款叫黏合剂喷射技术，这款机型是2017年研发出来的，整个设计团队从创意到最终拿出样机47天，这是在GE历史上任何业务板块里面没有这么快拿出来的但同时又非常出色的一款机型。它的特点是打印速度非常快，成浆速度非常快，而且通过后处理之后它的尺寸、收缩控制的非常到位，非常好。而且里面用到的材料，就是刚才提到的GE全球研发中心几千个材料专家中几个人开发出来的非常好的粘结剂。这个技术为什么有可能会成为颠覆汽车行业的设备呢？最后如果达到理想状态，它打印出来的零部件成本可以和低价的铸件去抗衡。目前还是样机，前途很光明，道路是曲折的，但是我们想提升曲折道路前进的进程，目前我们在全球范围内，特别是在针对汽车行业在寻找一些敢吃螃蟹的人，和我们一起把这款机型按照客户的需求，按照选择好的部件，共同把这个设备完善，而且这个设备本身光靠它不行，为什么我们需要找到业内的人士合作呢？因为它的前处理、后处理，都需要业内人士和我们配合一起来做，要做出整条生产线，这样才能真正发挥它最大的潜力。我们未来两到三年都会花精力做这个事情，所以希望在中国成为吃螃蟹的，真正作为颠覆整个行业的，有这种雄心壮志的企业老总、老板，可以会后来找我沟通。
    材料也是我们非常关注的一点，最简单的一个例子，传统的理光打印机，到最后打印机本身可以免费送给你，但是你要买我的纸、我的耗材，这是最后赚钱的地方，所以我们1000多个材料专家很忙。现在目前已经能够打印的，被证明好用的，现在在我们产品目录里面大概有47种材料可以打印。更多是来自于以前比较熟悉的行业，比如像航空航天。在未来一年我们认为材料清单会进一步翻番，而且其中有很多部分是为了针对汽车行业来开发的。所以大家可以拭目以待，明年我们再来这边做讲演的话，估计这一页纸不够用了。
    今天是礼拜五，如果我前面讲的全部忘掉的话，这页纸一定记住，为什么GE是你们在增材制造这条路是很好的伙伴？浓缩成一句话，就是我们曾经做过，我们到过那里，而且知道那里面的辛酸苦辣，知道里面的高低起伏。如果你想做的话和我们来合作，我们可以软硬兼施，硬件、软件全部有，陪伴你走完整个增材之旅，少走弯路，尽快达到理想的顶端。

    主持人：非常感谢。刚才介绍了GE在增材制造方面做的大量的工作和投入，以及在各行各业的渗透。所以GE在全球领域来说，体量是最大的公司之一，他们已经在这方面做了这么大的投入，而且他们目前来说是不计回报的投入，他们一定是深度相信以及看好这个技术，而且我相信这个技术在中国一定能找到志同道合的人一起去做。
    这个论坛现在结束，呼吁一下，希望所有在增材领域奔着让世界变得更美丽，更多的减少浪费，更多的让各种各样的浪费能够得到大幅减少，把工作变得更有效，能够通过创意或者把创意直接转化为好产品的手段，奔着这些目的和理想，我们一起把增材设计、把增材制造努力做成中国在这方面的世界冠军，我们一起努力把它做成世界冠军。
    谢谢大家今天的时间。