當前,眾多汽車品牌已將3D打印技術應用于車輛制造領域,涵蓋從特定車型的小型零部件到生產線的全鏈條環節。大眾汽車、西雅特、豐田、雷克薩斯等品牌僅是其中的代表,實際應用案例遠不止于此。值得注意的是,汽車行業對3D技術的運用不僅限于打印機本身,還涵蓋3D軟件、掃描儀及測試車等衍生工具。
多數品牌會選擇一至兩種核心技術:例如Koenigsegg采用熔融沉積建模(FDM)與樹脂3D打印,大眾汽車則引入惠普MetalJet金屬打印技術。這表明電動汽車領域并無專屬的3D打印技術,具體應用需根據需求選擇合適工藝。
在材料兼容性方面,電動汽車增材制造最初僅限于塑料,但目前已擴展至多元化材料體系。行業中最常用的仍為熱塑性或聚合物材料,如ABS、尼龍、樹脂等。這些部件多用于車輛的非關鍵系統,即不影響核心運行功能的組件。不過,關鍵部件的3D打印已成為可能,部分企業已實現突破——此類零件通常采用金屬及合金材料,其中鈦合金與鋁合金最為常見。
3D打印在電動汽車中的具體應用
制造商逐漸意識到,3D打印零件不僅生產速度更快、成本更低,且耐用性可與傳統工藝媲美。無論是金屬、塑料還是陶瓷材質,所有打印部件均需通過嚴格測試以驗證性能極限,最終方可集成至量產車輛。
早期,多數企業對引入3D打印零件持謹慎態度。但隨著技術發展,這些部件的強度、剛性及耐久性已得到充分驗證。如今,大眾汽車等品牌已在至少13款車型中應用3D打印技術,覆蓋金屬與塑料部件。大眾汽車首席技術官StefanLeest明確表示:"3D打印零件的耐用性已達到傳統制造水平。"
具體應用場景包括:
內飾組件:儀表板、座椅、裝飾件、通風口、冷卻管道、照明裝置、蓋板及控制臺配件;
關鍵結構件:安裝支架、外殼、叉骨、制動系統部件等。
以雷克薩斯為例:2023年底,該品牌宣布在其新款LC500跑車中采用3D打印技術制造AT油冷卻器導管。項目初期面臨雙重挑戰——低成本可行性(因量產規模有限)與3D打印零件的質量驗證。經嚴格測試后,項目獲批通過,搭載3D打印部件的LC500將于2024年正式上路。雷克薩斯車身工程師TomohiroOhno解釋:"兩個核心問題已解決:成本控制與質量保障。"
Koenigsegg品牌則通過FDM與樹脂3D打印技術生產數千個零部件,并依托3DPrinterOS軟件實現高效管理。品牌創始人ChristianvonKoenigsegg在蒙特利汽車周期間透露:"我們自主研發樹脂材料(暫不對外開放),用于打印電子控制器外殼、通風口噴嘴、散熱片等高溫環境部件。"
電動汽車3D打印的優勢與挑戰
如前所述,當前電動汽車3D打印技術已達到行業應用高峰。企業利用該技術創建原型(如CUPRA案例)或以更低成本為現有車型設計定制零件。CUPRA工程總監WernerTietz指出:"3D打印使我們能夠快速、低成本地制作原型,顯著加速開發進程。"相較于傳統工藝,增材制造在成本與時間效率上具有壓倒性優勢。
此外,測試車的3D打印可大幅降低成本。特斯拉便采用粉末粘合工藝實現這一目標。
定制化是3D打印為電動汽車行業帶來的另一重大價值。工業4.0技術賦予車輛設計與制造近乎無限的個性化可能。XEV品牌已向公眾推出YOYO車型,提供豐富的3D打印定制選項;豐田Ubox概念車雖尚未完全落地,但已承諾打造可定制化汽車。
盡管優勢顯著,行業仍面臨多重挑戰:
人才缺口:3D零件設計與生產需要專業汽車CAD設計師及機器操作技術人員,當前這兩個領域均存在人才短缺,但從業者規模正逐步擴大;
知識產權風險:法律漏洞導致零件復制現象頻發,設計師權益缺乏有效保護,成為品牌推廣3D打印技術的顧慮之一;
批量生產局限:雖然3D打印在小批量、原型或單件生產中效率突出,但傳統工藝在大規模量產時速度更優;
大型部件限制:增材制造在超大尺寸零部件生產中仍存在技術瓶頸。
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