增材制造如何推动奥迪公司的电动汽车转型?

导读：在汽车行业，增材制造这一革命性技术的应用在不断得到巩固，而且在原型设计、工具、赛车和一次性产品方面蓬勃发展，但在直接数字化大规模生产方面，它的影响依然非常有限，或者说不存在。

为此，奥迪增材制造中心负责人 Erhard Brandl 博士具体解释了为什么增材制造革命在汽车的初期开发阶段已经发生，他表示："增材制造硬件制造商希望汽车公司将增材制造的使用扩大到直接生产，但成本与传统制造业相比仍有很大差距。尽管如此，随着我们向全面电气化过渡，增材制造在开发新一代汽车方面所提供的可能性，在奥迪公司产生了对3D打印部件的巨大需求。"

Brandl博士清楚地了解增材制造能真正带来好处的地方。他从2007年开始从事增材制造工作，当时他是空中客车公司金属增材制造的博士生。2012年，他转到奥迪公司，在生产部门工作，直到2019年，他接任增材制造中心负责人。他解释说："在我在奥迪的角色中，我开始从最终用户的角度来看待增材制造。因此，推动技术的发展不再像实际使用它来制造零件那样重要。"

位于奥迪英戈尔施塔特总部的奥迪增材制造中心，是为整个奥迪进行几乎所有零件（包括所有金属零件）3D打印的地方。Brandl博士的团队满足开发和生产部门的所有增材制造需求，确保他们及时得到3D打印的零件。他们还充当内部顾问，在新材料和应用方面紧跟快速增材制造市场的发展。

奥迪是如何使用3D打印的？

奥迪在生产过程中使用数字3D打印已经超过20年了。最初，该工艺主要用于生产视觉模型。近年来，使用该技术为公司自己的生产工具和车辆模型创建的部件的份额已大大增加。同时，塑料和金属已经能够生产越来越大的部件。

Brandl博士澄清说："在增材制造中，有一些物理边界，因为虽然你可以一次性制造更大的零件，但这样做可能并不总是有效的。我们确实在制造非常大的零件，甚至是保险杠，主要是通过将不同的部件组装在一起。”

在增材制造中心所在的英戈尔施塔特，汇集了技术研发和生产方面的许多不同能力和资源。这里是与各部门一起进行技术侦察和开发新应用的地方。在内卡苏尔姆（Neckarsulm）基地，还有一个主要使用塑料长丝挤出的3D打印卓越中心。通过与生产部门的密切合作，那里的3D打印专家设计了定制的装配辅助工具，使工作更符合人体工程学。如果员工有优化的想法，他们可以直接联系内部3D打印中心。

△通过多射流模型打印的门把手

△通过多重喷射建模打印的适配器

奥迪与柏林的一家初创公司一起开发了软件，将设计预装设备的时间减少了80%。通常只需要一张草图，只需几个小时就能得到所需的零件。3D打印首次被纳入奥迪e-tron GT1大批量生产的准备工作中。今天，有超过160种不同的打印辅助设备在该地点使用。例如，其中一个用于空调压缩机以及冷却管的预装。这种带有内置夹子的装配辅助装置是内部设计的，可以将所有的部件固定在准确的位置上。

汽车开发的未来

Brandl博士表示：“到目前为止，除了这些工具，原型设计业务代表了最大的需求。这是我们的一个主要关注领域，因为我们正在经历向电气化、数字化和可持续性的过渡。这些都是重大的变化，意味着我们必须迅速开发整个系列的新车。每一个被制造出来的零件都要经过几次迭代，因为它必须在最终确定之前经过多个版本的优化。增材制造是一个工具箱，可以帮助我们更快地创建新零件。在过去，人们并不真正了解增材制造。现在他们真的渴望使用这项技术，因为他们真的觉得这项技术可以解决他们在日常业务中面临的真正挑战。"

位于英戈尔施塔特的金属3D打印中心专门生产复杂的钢和铝零件，以及重达数吨的成型工具的插入件，例如用于压制车身零件或压铸。这些都是使用激光熔化工艺从金属粉末中制造出来的。这使得实现不寻常的设计更加容易，因为3D打印比任何其他制造工艺支持更大的几何自由。这对于靠近边缘有冷却通道的工具插件等零件来说是一个主要优势。

Brandl博士确认："增材制造的工具，特别是用于塑料部件热成型的金属工具，代表着真正的挑战。我们开始在几个不同的金属PBF机器上使用钢和铝，包括EOS和SLM解决方案。我们还开发了自己的参数。这是一个正在运行的业务，有成熟的商业案例，因为最终，这都是为了业务。如果没有附加值，没有成本降低或其他明显的时间和质量收益，那么，我们就不会做。"

例如，在可预见的未来，奥迪不会使用增材制造的东西是客户驱动的定制。Brandl博士表示："我们现在知道，客户不需要3D打印的零件，他们需要的是解决方案。3D打印是最终的定制工具，但我们知道，最终，客户并不想成为一个设计师：他想配置不同的选项，这意味着个性化，但不是在结构层面，增材制造可以做到。即使在轻量化方面，增材制造的好处也不足以证明零件成本的合理性。”

△通过选择性激光烧结技术打印的部件

加速生产

因此，直接增材制造并不是奥迪近期战略的目标，尽管Brandl博士证实，像大众这样的大型集团共同制定增材制造的平台战略，使不同的公司能够从集团内其他公司的进展中学习。总的来说，这导致了在几种不同的增材制造技术中生产了大量的零件，虽然批量生产还很遥远，但增材制造正在使整个集团开发越来越复杂的零件。

在奥迪生产的每一批次可以达到300或400个零件，它们被用于特殊项目，从概念模型到赛车运动，奥迪最近宣布它将进入日益增材制造密集型的一级方程式赛车世界。"赛车运动是重度用户，但增材制造仍然过于昂贵，无法在更广泛的汽车工业中用于最终零件。Brandl博士说："每个零件的价格必须大幅下降，而在金属领域，由于去除支撑结构而产生的额外复杂情况，它甚至离我们更远。"

△用MultiJet Fusion打印的表面光滑的固定装置的外壳

虽然塑料可能会带来更直接的机会，但Brandl博士认为，聚合物增材制造也需要大幅降低成本才能获得采用。他说："如果我们把它与注塑成型相比，增材制造零件的价格需要降低100到200倍。一些优化可以通过改进工作流程和自动化来实现，但即便如此，它离大规模生产水平仍然非常遥远。"

最后，Brandl博士表示："这不是奥迪能单独做到的，这也正是该公司作为合作伙伴加入增材制造TC会议和作为创始成员加入巴伐利亚增材制造集群的原因。"我们需要建立强大的伙伴关系和网络，以解决增材制造的所有这些限制，在我们过渡到汽车行业的新时代时，我们需要建立在德国和欧洲在增材制造行业的领先地位。"