特斯拉颠覆汽车制造的一体化压铸技术，增材制造功不可没

导读：近年来，新能源汽车行业发展迅猛，在汽车底盘的制造工艺上，特斯拉率先实现了一项重大突破，采用了一体化压铸技术来制造车身部件。而在制造一体化压铸模具的过程中，特斯拉使用到了增材制造 (AM)技术，其他汽车制造商也纷纷跟进，增材制造一时间成为革新汽车制造工艺的重要创新应用。

颠覆汽车制造工艺，特斯拉一体压铸技术

传统的汽车底盘，一般是将成百上千个零部件焊接在一起，形成三段式结构。而特斯拉一体压铸技术，直接把多个电动汽车车身底盘零部件，压铸成一个整体件。这样一来，不但降低了汽车的制造成本，而且车身会更加稳定坚固，开发一款新车的时间缩短至18-24个月。用一个大型压铸机，就可以让产线二三百个机器人集体“下线”，单这一项就能省不少成本。

图源：国海证券研究所报告

据悉，一体化压铸的Model Y车身前&后地板，相比传统冲压&焊接工艺零部件减少169个，成本大幅下降。目前，特斯拉的一体化已经进化到2.0阶段，上海超级工厂生产的Model Y，就是用的一体压铸技术2.0。原本多个散件集成为一个零件，生产效大幅爬升，相比传统的生产方式，车身系统的重量，可以减少超10%。最重要的还是降本，得益于结构设计的优化，Model Y后底板总成系统采用一体压铸方式后，成本狂降40%。

△特斯拉一体化压铸车身零件

在认识到这一技术的巨大好处后，其它车企纷纷快速追赶，包括丰田、通用、福特等大批传统车企，以及蔚来、小鹏汽车、高合汽车等造车新势力，相继与合作伙伴研发一体压铸技术。

一体化压铸技术的好处不言而喻，既能提高生产效率，又能降低成本，但也不是完全没有缺点，最大的问题就是压铸设备及压铸模具。目前特斯拉用于Model Y车身件的一体压铸机是锁模力为6000吨级别的压铸机。而其拥有的锁模力最大的机器是专为生产Cybertruck打造的9000吨级别压铸机。而要实现整个车身底部一体式压铸，据测算，需要锁模力达16000吨的机器。

△一体化压铸设备

压铸模具的研发成本也相当高，有铸造专家称，一旦制造出大型金属试模，在设计过程中的一次加工调整，就可能会花费10万美元，而重新制造模具，更是可能需要150万美元。除非模具能一次满足设计需求，否则后期调整变更，甚至报废都是一笔很大的费用。

一般情况下，大型金属模具的整个设计过程需要花费约400万美元，而这一过程往往需要重复五六次甚至更多才能达到完美状态。不过特斯拉一开始就想到了怎么解决这个问题——用3D 打印。

据悉，马斯克为了将车身底部铸造成一个整体，求助了使用 3D 打印机用工业砂制作测试模具的公司 Tooling & Equipment International（TEI）。简单来说，就是利用3D打印机将液体粘合剂沉积在薄薄的砂层上，然后一层一层地制造出砂型或砂芯，配合压铸模来铸造验证，等验证完成再去开模具，从而降低压铸模具制造过程中的修改和失败成本。而并不是特斯拉用砂型3D打印机来打印压铸模具。

△TEI 使用Voxeljet VX4000 3D打印砂型

同时3D打印的另一个好处是可以节约开发时间，据路透社报道，使用3D打印设备，在几小时内就能重新打印出一个新原型，因此特斯拉可以根据设计需求多次反复进行调整。在时间方面，使用砂型铸造的设计验证周期只需要2到3个月，而金属模具原型则需要半年到一年的时间。

特斯拉3D打印核心供应商，被通用汽车收购

特斯拉的一体化压铸技术的一个关键供应商是TEI 提供的砂型3D打印技术，TEI 等公司用工业用砂制作测试模具，并使用3D打印机制造出能够浇铸熔融合金的砂模。这种方法的主要优点是可以快速打印砂模，然后以最低成本多次重复打印，对模具设计进行微调和校正。据透露，今年特斯拉在进一步推动使用3D打印砂模来一次性铸造大型复杂汽车零部件的工艺，旨在通过加快和降低汽车制造成本来彻底改变汽车制造业。
这种方法可能会大幅降低生产电动汽车（EV）所需的成本和时间，尤其是对于汽车底盘等大型零部件。传统金属模具在修改上昂贵且耗时长，但3D打印砂模提供了一种更灵活、成本效益更高的解决方案，可以快速进行设计修改和创新。这一发展符合特斯拉的“非约束式”制造战略，该战略旨在简化生产流程，降低成本，进一步巩固特斯拉在汽车行业的颠覆者地位。

然而，就在今年11月，通用汽车（GM）宣布完成对 TEI 的收购，交易金额超过1亿美元（7.2亿人民币），TEI 曾利用砂型3D打印技术协助特斯拉开发车身一体化压铸技术。

其他有望用于一体化压铸的3D打印技术

实际上，3D打印技术在汽车制造中还有很多其他应用，包括上述的3D打印砂型可以用于铸造发动机缸体，金属3D打印也可以直接用于打印汽车金属件或者制造压铸模具镶件，高分子3D打印技术可以用于制造汽车内外饰件等。

在副车架试制的过程中，湖州美迈科技通过使用混合3D打印技术(3D打印+精密金属热成型技术)，让新能源副车架的结构在集成细小部件的同时，还能保持整体结构的精简性，在测试过程中，试制的副车架也满足减震、刚度等维度的性能要求，让人们看到汽车研发制造的新选择。

△湖州美迈科技制造的新能源副车架

苏州匀晶科技成功研制出适用于新能源汽车下车身一体化压铸的低成本、长寿命、超大尺寸热作模具钢随形控温镶件，可将压铸件关键部位的缺陷率减少100-450%，使生产效率提高30-100%，产品已批量供货国内外主流新能源车企。

△匀晶科技为某压铸企业制造的浇口分流器

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那么是否可以用3D打印机直接打印压铸模具呢？目前仍存在很多技术难题需要突破，首先是压铸模具材料，压铸模具的材料选择直接影响着模具的精度、寿命和成本，常用的压铸模具材料包括工具钢、合金钢、硬质合金、陶瓷等，要研发出适合3D打印的压铸模具材料。

其次，目前特斯拉已经能够制造出长达1.8米的巨型铸件，而模具的尺寸要更大，这已经超出了当前SLM 金属3D打印技术的尺寸极限，需要更大打印尺寸的打印机，或者能够将模具分割打印。