导读：在过去的一年间，3D打印技术在汽车行业的应用已经取得了显著的发展，甚至已经局部实现了汽车零部件量产。尽管就目前而言，3D打印一整辆汽车仍是不实现的，但3D打印技术对于整套汽车工业生产体系，却展现出非比寻常的意义，它的存在，或许就是支撑未来汽车革命的关键支柱之一。本期，南极熊就对2021年3D打印在汽车行业的10大应用展开了回顾。
保时捷推出2万元的3D打印座椅，支撑性更好，已交付车型可更换
保时捷逐渐为集团旗下718、911等车系给予3D打印健身运动式坐椅可选。与此同时，现阶段早已交货的车系一样能够变更新坐椅，该坐椅支撑点性、座姿都将更为符合人体工学。
保时捷官方网表明，最新款健身运动坐椅所有由3D打印生产制造，椅背中间一部分还能够给予三种不同的强度可选择。保时捷试车手Lars Kern在感受三维打印坐椅后表明，“该在检测全过程中澳的坐椅帮我留下来了深入的印象，它更符合人体工学，有着略低的座姿、改善的大腿根部支撑点，与跑车中的坐椅类似。此外，它的自然通风性也让人印象深刻。”
该座椅单价为2,677.50欧元，约为3,100美元，合2万元人民币，且在保时捷中心安装只需几分钟。目前3D打印网格共有三种颜色选项，分别是黑色、红色（Guards Red）和黄色（Racing Yellow），2月份还将推出灰色（Arctic Grey）、青色（Ultramarine）蓝色（Shark Blue）。
通用AIC中心安装24台金属和非金属3D打印机，用于设计汽车原型及工具
2021年3月，通用汽车(GM)开设了一个15000平方英尺的3D打印设备中心——AIC，其中包括24台金属和非金属设备。增材工业化中心(AIC)专门致力于在汽车行业内实现3D打印技术的生产化，该中心被认为是通用汽车过去几年在3D打印领域增加专业知识和投资的 "顶点"。
作为汽车行业标杆企业，通用汽车已经很好地掌握了3D打印作为原型设计工具的能力，许多部件都是在各种测试环境中用于预生产车辆的功能模型。据悉，通过不懈努力，通用汽车已经成功解决了早期工具成本费用昂贵以及一系列零件上快速迭代的问题，在雪佛兰克尔维特（Chevrolet Corvette）的制动冷却管道开发过程中，该公司利用增材制造技术将时间缩短了9周，成本降低60%。
△通用汽车增材制造工业化中心制作的3D打印凯迪拉克V系列暖通空调管道和线束支架
通用汽车目前正致力于推进和扩大3D打印的应用范围，他们还通过增材制造生产手动工具、自动化组件和快速响应解决方案，能够合并设计，减少零件数量并减轻重量。例如，他们使用设备3D打印了近100个手工工具，用于新款全尺寸的SUV，他们使用了尼龙碳纤维复合材料代替铝材，重量从30磅降至仅3磅。
随着AIC投入使用，公司希望更进一步生产车辆上的终端部件。与此同时，凯迪拉克还宣布CT4-V Blackwing和CT5-V Blackwing将成为通用汽车首批采用3D打印部件的量产车。这些部件包括手动换挡旋钮上的一个徽章、一个电线束支架和两个HVAC管道，均以降低成本和提高效率的方式生产。这对通用汽车来说是一个重要的里程碑，他们希望加快3D打印终端部件的量产。
Local Motors使用3D打印技术为OLI 2.0自动驾驶电车完成部件升级
2021年12月16日，南极熊获悉，位于亚利桑那州的汽车原始设备制造商Local Motors宣布为其3D打印的自动驾驶电动车Olli 2.0进行了一系列的部件新升级。
△Olli 2.0自动驾驶汽车
在美国成功推广后，Local Motors公司目前正在寻求批准在欧洲的一个项目中部署它们自动驾驶汽车。然而，该公司发现，由于欧盟更严格的规定，它需要装配一套挡风玻璃雨刷。
Local Motors公司欧洲、中东和非洲地区总经理Carlo Iacovini解释说："Olli正在世界各地的校园、体育场、工业区和当地社区运营。为了批准在欧洲的部署，它需要一些美国市场上不需要的额外部件"。
为了制造关键的部件，该公司的欧洲、中东和非洲地区管理层寻求意大利的3D打印服务提供商CRP Technology的帮助。利用CRP专有的Windform复合材料，这两家公司现在已经设计、3D打印并集成了一些额外的挡风玻璃雨刷升级，以支持欧洲项目的获批。
△Olli2.0的新挡风玻璃雨刷和3D打印的雨刷盖部件。照片来自LocalMotors。
3000匹马力 9000万元/辆，希腊3D打印超跑CHAOS
希腊汽车制造商Spyros Panopoulos汽车公司（SPA）将推出一款3000匹马力的 "超跑"，具有独特的基于3D打印设计理念，价格超9000万人民币。
SPA即将推出配备了12,000转/分V10发动机的跑车叫作 "Chaos"，它的特点是采用羽毛状的3D打印车身面板，能够在两秒内从0加速到60英里/小时。目前，这个强大的跑车还没有真正亮相，但制造商通过一系列的CGI图片展示了这款超跑 。
△Spyros Panopoulos汽车公司（SPA）的3D打印Chaos 超跑，图片来自SPA
为了让超跑达到速度目标，SPA计划使用 "Anadiaplasi "制造工艺对Chaos的一些元素进行轻量化。比如打算为3000匹马力的超跑配备3D打印的四路排气管，以及基于钛和镁的制动卡钳和转子毂。
△金属3D打印制动卡钳
△金属3D打印转子毂
△碳纤维3D打印汽车零件
△尼龙3D打印汽车零件
此外，据说Chaos未来主义的车身78%也是3D打印的，车的部分发动机也是如此，如发动机组、活塞、连杆、凸轮轴和进气阀，而轻质车轮也将由钛打印而成，据说采用的方法与GE Additive的电子束熔化（EBM）技术相似。
汽车零部件厂商Divergent增购3台SLM NXG XII 600设备，全面加速增材制造工业化进程
SLM Solutions与Divergent自2017年建立联合开发关系。在过去的一年半中，Divergent一直在其位于洛杉矶的展示基地中使用着3台NXG XII 600原型设备，这使得他们能够更高效地进行开发，同时加速设备所生产的零部件投入市场的时间。加上此次新购置的3台设备，Divergent共计将安装6台NXG XII 600设备，届时Divergent也将成为美国地区安装最多NXG XII 600设备的公司。而除此之外，Divergent还安装有7台SLM®500设备，3台SLM®280设备以及1台SLM®125设备。
Divergent创始人、首席执行官兼SLM Solutions监事会成员——Kevin Czinger表示：“此次向SLM Solutions增购NXG XII 600将双方多年来的紧密合作推向了顶点，不仅完成了从原型制造到生产复杂结构的转变，同时也让SLM®设备与Divergent自适应生产系统能够相互配合，这将实现’人类-人工智能设计’的可持续发展，开辟出一个全新的未来。”
Divergent最初的工厂部署中还包含有众多复杂的自动装配结构，在未来的两年中它们将陆续投入使用。Divergent将进一步扩大其先进设施的规模，这些设施将共同支持Divergent自适应生产系统，并促进可持续生产，其中包括主流汽车制造商的外包项目，同时也包括即将启动的Czinger 21C超级跑车批量化生产计划。
大众汽车粘结剂喷射技术将批量应用，金属3D打印零件年产量达10万个
2021年6月19日，大众汽车公司对外宣称了它正在德国沃尔夫斯堡的总部使用一种名为 "粘合剂喷射（Binder jetting）"的新型3D打印工艺，这种工艺使制造的部件比传统用钢板制造的部件要减轻50%的重量。
粘合剂喷射法用一种两步法取代了传统3D打印中使用的激光，其中包括使用一种粘合剂来构建部件。大众汽车公司表示，这种工艺使其能够降低成本并提高生产力，并且它们是目前唯一使用该工艺的汽车制造商。具体而言，用Binder jetting工艺制造的第一批零件（目前正在等待内部认证）是T-Roc敞篷车的A柱部件。这些部件的重量是传统制造工艺的一半左右，大众汽车公司表示，它们已经对3D打印部件的防撞性进行了测试。
大众汽车公司还宣布，它已经与西门子建立了软件合作关系，加强与惠普公司现有的打印机合作。这样可以获得更多的生产优势，嵌套叠加打印零件，即在同一个打印室中同时制造多个零件。大众汽车公司说，这些创新加在一起，将使3D打印技术变得足够低价，使其在大规模生产的车辆中变得可行。
△惠普的Metal Jet金属打印系统
福特将大规模生产金属3D打印汽车部件，采用粘结剂喷射技术
2021年8月13日，福特汽车公司（NYSE: F）公开表示，将在未来两到三年内用金属3D打印技术大规模生产一种新的汽车部件。福特公司的3D打印技术负责人Harold Sears说，它将依靠ExOne（Nasdaq: XONE）的金属粘合剂喷射技术来实现最终部件的全面生产。随着不断完善这个项目的大规模生产工艺，福特还计划将这项技术用到其他部件的生产中。
福特公司长期以来一直在使用3D打印技术，先是依靠3D打印进行原型设计，后来又成为前沿工艺的早期采用者和开发伙伴，如Carbon的数字光合成技术。因此，它成为使用增材制造（AM）制造金属终端零件的领导者并不奇怪。
△福特公司使用数字光合成技术为特种车辆3D打印的零件，图片由Carbon公司提供
之所以福特说出这样的计划，是因为最近与ExOne公司合作3D打印了6061铝，其物理性能可与压铸部件媲美。以可重复的方式3D打印和烧结金属的能力使福特 "相信3D打印可以支持汽车的数量"。
△ExOne公司已经与福特公司合作，获得了铝粘合剂喷射3D打印的资格，图片由ExOne公司提供
Ascension Design推出3D打印2片式钛合金轮毂
2021年9月22日，南极熊获悉，来自国内的设计公司Ascension Design展示了世界首款可实际使用的3D打印2片式钛合金轮毂，据公司负责人介绍，该轮毂已通过国家标准的性能测试实验，满足上路的性能条件和要求，将会在不久后交付给第一批客户装车上路。
据了解，该轮毂规格为20寸，外圈由碳纤维材质，内圈由钛合金整体3D打印（使用成型尺寸可达600mm的铂力特四激光大型SLM金属3D打印机）而成，打印部分直径为500mm，单个轮毂重量为10kg，相比传统轮毂重量减少40%，整体性能提高30%以上。据负责人介绍，相比于传统制造方法，3D打印可实现轮毂的定制化，真正的满足不同客户的定制化需求，并且创造出传统制造方式无法达到的酷炫造型。
德国黑石以3D打印技术批量生产电动汽车电池
12月10日，位于德国萨克森州Döbeln市的黑石技术有限公司(Blackstone Technology)宣布，从即刻起将用3D打印技术生产电动汽车的电池。这家瑞士企业在德国的子公司通过在线发布会展示了其新工厂和首条生产线。
该增材工艺名为“厚层技术”，通过该工艺能用3D打印技术生产电池电极和锂离子电池的隔膜。据该公司称，该制造工艺与传统生产的锂离子电池相比具有多项优势：通过打印工艺意味着储存电力的电池单元层更厚，因此能量密度提高了20%。电池的尺寸可以灵活调整，可以根据客户，例如汽车公司的需求进行定制。电池空间节省15%，材料节省20欧元/千瓦时。与此同时，生产中的能源消耗降低23%。此外该流程基于环保的纯水工艺，可减少50%的生产废料。
德国对于增材生产领域是一个极具吸引力的投资地，它拥有全球最领先的工业如汽车、航空、轨道技术、机械制造及其工程师传统，为生产流程提供了最佳的条件。这里是工业增材生产全球的真实实验室，这项3D打印电池的应用案例也表明在德国未来工业领域投资是值得的。
助力汽车行业完成数字化升级，斯柯达利用3D打印技术精简汽车生产流程
2021年12月15日，捷克汽车制造商斯柯达宣布，它将持续使用3D打印技术来生产汽车原型、备件和工具，进而达到精简其汽车生产业务的目的。
作为"让3D打印工厂更灵活"项目的一部分，斯柯达公司已经建立了一些打印工厂，采用了由Prusa等公司开发的系统。该公司的增材制造计划最近得到了捷克共和国工业联合会的认可，该项目现在被认为是该国过去一年中最具创新性的五个工业4.0应用之一。此外，斯柯达还宣布了其即将推出的 "FORCE--未来工厂"计划，这一计划将加快他们公司许多生产设施中进行数字化升级进程。
△斯柯达的打印工厂项目得到了捷克共和国工业联合会的认可。照片来自斯柯达
由于一款新车的开发过程很复杂，汽车制造商在新车型的研发阶段经常要花上几年的时间。这段时间主要用于设计、测试和迭代想法，这意味着需要快速的原型设计和较短的交货时间。像斯柯达这样的汽车制造商可以利用3D打印机来简化内部生产，而不是仅仅为了几个小批量零件的原型而投资整个生产线或模具。除了使公司能够在更短的时间内完成新的设计之外，使用增材制造还可以大大节省成本，因为第三方制造商被完全淘汰了。
当然，3D打印的使用案例也延伸到了制造工具，在那里可以在几小时内生产出夹具，以帮助装配线的操作。3D打印甚至在售后备件方面也有潜在的应用。当处理以前传统制造但现在已经过时的部件时，增材制造会特别方便，因为部件的采购可能成为一个真正的痛点。通过按需打印这些部件，公司可以确保更快的交货时间，同时减少对巨大的实物部件库存的依赖。
总结
纵观2021年3D打印技术在汽车行业的应用，可以发现，除了在原型制作、轻量化、复杂最终用途部件以及工装夹具等方面进一步深化使用外，3D打印在电池制作和新能源汽车上取得的突破着实让人眼前一亮。有理由相信，趁着当下这股碳中和、碳达峰以及新能源汽车发展的“东风”，3D打印电动汽车电池未来势必会展现出更强劲的势头。但我们也可以看到，国内对于3D打印电池应用方面的研究乏善可陈，表明我国的汽车制造商还需要在这一方面继续发力，争取早日推出能打的产品占领市场。
不可否认的是，3D打印技术应用于汽车行业，除了可以大幅度降低汽车开发过程中和制造过程中的成本，还能够提升工作效率，降低新车型新零件的开发时间。最终，这些会反应到汽车的价格和品质上，品质更好，技术更完善、价格更便宜的汽车会因为3D打印技术的普及而出现。也许就在不久的将来，3D打印直接生产出大批量生产的汽车也可以实现，但这还需要3D打印技术、3D打印材料、3D打印速度的进一步突破，我们拭目以待。
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