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3D打印在電動汽車開發中的作用

魔猴君  知識堂   69天前

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時代在變,社會在發展,技術也在發展:就在十多年前,我們甚至無法想象今天擁有的技術。這反映在我們的日常生活中,無論是“油炸鍋”或用于視頻報道的面部追蹤無人機等新發明,還是5G或3D打印等現有技術的進步。但社會上有一項特殊的進步我們已經習慣并適應,那就是電動汽車。

這些類型的汽車、摩托車甚至貨車已成為一種趨勢。除其他外,其低排放和加油成本對消費者具有吸引力。最初,這是一項經常受到質疑的技術。但如今,世界上道路上的大部分汽車都是混合動力或電動汽車。正如我們在一開始提到的,技術的發展并不是固定不變的,這就是為什么3D打印開始在此類車輛的開發中證明自己。

 

該圖顯示了歐洲不同國家的電動汽車百分比(圖片來源:Electromaps)

為什么要使用電動汽車?

人們選擇購買電動汽車而不是汽油或柴油汽車的原因有很多。一方面,有些司機決定采取行動并對環境承擔責任。我們都知道電動汽車的排放為零,因此這種類型的駕駛員有利于可持續發展。另一方面,也有人考慮自己的錢包。電動汽車的初始投資很大,但從長遠來看,由于運行汽車的成本較低,它的利潤非常豐厚。最后,還有一些人因為限制等原因被迫購買其中一輛汽車。對于希望在馬德里等市中心出行并且需要擁有零排放或極低排放車輛的駕駛員來說就是這種情況。

盡管許多人認為電動汽車的“時尚”只是一句空話,但有數據表明此類汽車的增長趨勢和使用情況。根據國家電動汽車發展協會的數據,2023年法國有882,531輛電動汽車行駛。同年,登記了192,438輛新車,比2022年增長了52.4%。

3D打印在電動汽車領域的起步

3D打印在電動汽車領域的應用大約在十年前邁出了第一步。這一切都始于“創客”,即家里有3D打印機并創建自己的模型的人,開始為他們的車輛設計小型定制零件。其中一些包含小型設計配件,甚至是汽車結構的小部件。

Strati,第一輛3D打印電動汽車(照片來源:Car and Driver)

然而,直到2014年芝加哥國際制造技術展(IMTS)上,才首次完全用3D打印機打印出了一輛汽車。這就是Strati,一款小型兩座電動汽車,其風格與Local Motors生產的沙灘車類似。盡管這是第一輛車,但世界上大多數媒體都沒有注意到這輛車。與其他3D打印汽車不同,Strati只有49個零件,并且在不到48小時內打印完成。它的續航里程也接近200公里,盡管在2015年討論過量產,但并沒有成功。

多年后,即2018年,我們今天所知的XEV YOYO亮相,但當時它被稱為LSEV。這款小型車輛由X Electric Vehicle(XEV)設計并與Polymaker合作制造,只需3小時即可打印出來,并且只包含57個零件。它于2019年推出,曾經是一家小公司,現在在世界許多地方擁有經銷商,每年銷售數千輛汽車。

如果我們回顧五年,我們會發現3D打印并沒有真正融入電動汽車的世界。在那之前,我們知道了一些小型3D打印電動汽車,例如KILO Design或4ekolka。這些技術也被大眾或寶馬用于車輛修復,但我們今天達到的規模是出乎意料的。

電動汽車3D打印技術和兼容材料

如今,許多汽車品牌都使用3D打印,無論是特定車輛的小零件還是生產線本身。大眾汽車、西雅特、豐田或雷克薩斯只是一些例子,但正如我們提到的,還有很多其他的例子。另一方面,3D打印機并不是品牌使用的唯一東西,汽車行業使用3D技術的另一個明顯例子是3D軟件、3D掃描儀和測試車。

大多數品牌都使用一種或兩種特定技術,例如采用FDM和樹脂3D打印的Koenigsegg,或采用HP Metal Jet的大眾汽車。這意味著沒有一種特定于電動汽車的技術,但根據您想要使用的應用程序,您可以使用任一技術來制作一種技術。

當談到電動汽車增材制造兼容材料時,制造商最初只能使用塑料。但隨著時間的推移,兼容材料的范圍已經擴大到包括各種各樣的材料。行業中最常見的是熱塑性或聚合物材料,例如ABS、尼龍或樹脂。

使用上述材料打印的大多數部件都是車輛的非關鍵部件。這意味著它們不會影響車輛的運行。但3D打印電動汽車的關鍵部件是可能的。事實上,一些公司已經這樣做了。這些零件通常不是用聚合物打印的,而是用金屬和合金打印的。最常用的是鈦合金和鋁合金。

3D打印可以實現哪些應用?

一些制造商已經意識到,3D打印零件不僅比傳統方法生產速度更快、成本更低,而且同樣耐用。這些打印零件經過嚴格的測試,以了解其局限性并能夠集成到車輛生產中。無論是用金屬、塑料還是陶瓷印刷,它們都必須經過嚴格的測試。

最初,大多數公司對于是否將3D打印機制造的零件引入其車輛猶豫不決。隨著時間的推移,這些部件的強度、堅固性和耐用性變得越來越明顯。事實上,如今許多品牌已經將使用這些技術制造的零件引入到他們的車輛中。大眾汽車等品牌擁有不少于13款采用3D打印部件(無論是金屬還是塑料)的不同車型。事實上,大眾汽車首席技術官Stefan Leest表示,“3D打印零件與傳統方法制造的零件一樣耐用?!?/span>

用于奧迪W12發動機的3D打印金屬水連接器(圖片來源:大眾汽車集團)

在這些應用中,我們可以引用車輛內部元件,例如儀表板、座椅、儀表板、裝飾件,還有通風口和冷卻管道、照明裝置、蓋子和控制臺配件。此外,安裝支架、外殼、叉骨和制動部件等關鍵車輛部件也開始采用3D打印。

雷克薩斯就是一個很好的例子:2023年底,該公司宣布將使用3D打印技術制造其新版雷克薩斯LC500跑車中的AT油冷卻器導管。最初,人們對這款混合動力超級跑車的項目表示懷疑。事實上,雷克薩斯車身制造商Tomohiro Ohno澄清道:“兩個主要問題是,鑒于批量生產較低,成本是否可行,以及如何確定使用3D打印機制造的零件的質量?!弊罱K,經過嚴格的測試,該項目獲得批準,2024年我們將看到帶有3D打印部件的雷克薩斯LC500上路。

AT油冷卻器管路。(照片來源:Solize和雷克薩斯)

我們在電動或混合動力汽車中看到3D打印的另一個場景與著名的超級跑車品牌Koenigsegg有關。該品牌使用FDM和樹脂3D打印機來制造數千個零件。這一切都得益于3DPrinterOS軟件。該品牌創始人兼首席執行官克里斯蒂安·馮·科尼賽克(Christian von Koenigsegg)在蒙特利汽車周期間告訴鵪鶉,他們自己生產樹脂,但不向公眾開放。他補充道:“我們打印電子控制器的外殼、通風口下噴涂的噴嘴、散熱片:這些東西都是在高溫下打印的?!?

電動汽車3D打印的優點和挑戰

正如我們已經提到的,電動汽車3D打印技術正處于自開始引入汽車行業以來的最高水平。許多公司使用這些技術來創建原型,例如新型CUPRA的情況,或者只是以較低的成本為其現有車輛設計零件。CUPRA工程總監Werner Tietz解釋道:“3D打印使我們能夠快速且廉價地創建原型,這有助于我們加快開發過程?!贝送?,對于原型而言,增材制造的生產成本也顯著低于傳統方法。制造時間也是如此:3D打印提供了傳統方法無法想象的優勢。

 

Tesla制造巨大的3D打印模具來批量生產汽車(圖片來源:Tesla) 

還值得一提的是,許多品牌都使用Snapdragon軟件來設計車輛和車輛控制單元的操作。例如,名爵汽車今年將在其新款MG Coupe車型中使用Snapdragon來控制各種車輛功能。至于測試車,當它們以3D形式制作時,成本會顯著降低,因此測試它們的成本要低得多。特斯拉汽車就是這種情況,該制造商專注于粉末粘合。

定制化是增材制造給電動汽車行業帶來的另一個巨大好處。4.0技術為電動汽車的創造和設計提供了幾乎無限的可能性。這就是為什么多家公司已經提供這些可能性的原因。我們經常聽說的一個品牌是XEV,它向公眾推出了前面提到的YOYO車型。得益于3D打印,這輛汽車提供了多種定制可能性。另一個例子是豐田Ubox概念車,它承諾是一款可定制的汽車,但該概念尚未完全開發出來。


小型可定制電動汽車XEV YOYO(圖片來源:XEV)

盡管具有無數的優勢,汽車增材制造行業仍面臨著許多阻礙其演變和發展的挑戰。其中包括勞動力,因為3D零件的設計和生產需要專業的汽車CAD設計師以及機器技術人員等人員。雖然目前這兩個領域確實缺乏訓練有素的專業人員,但越來越多的人正在學習實踐這些職業。

知識產權盜竊是電動汽車行業增材制造的另一個主要障礙。存在許多法律漏洞,這意味著無法申請專利的零件復制已變得司空見慣。缺乏保護設計師設計免受世界其他地方影響的法律,這就是許多品牌和公司不愿意這樣做的原因。

這兩個挑戰是新技術進入市場時面臨的眾多挑戰之一。存在諸如部件批量生產速度的問題,通過傳統方法可以更快地生產部件。雖然我們確實已經討論過使用3D打印創建零件的速度,但我們指的是小系列、原型或單個零件。當涉及到批量生產時,角色就會顛倒過來。大型零件的制造也是增材制造仍然非常有限的任務。

未來會怎樣?

我們談論了3D打印電動汽車的過去和現在。但這個行業的未來是什么?我們可以做很多猜測,但如果有一件事是確定的,那就是根據我們過去十年看到的軌跡,我們知道該行業將繼續增長。另一方面,一些品牌確認了2024年的多個項目涉及增材制造技術,例如Liux、Seat和Cupra。

 

大眾ID.4 XTREME(圖片來源:大眾)

另一家也希望在這一領域取得進展的公司是德國大眾汽車公司。該公司目前正致力于將3D打印引入其電動汽車中。其中,ID.4 GTX EV的運動和越野版本名為ID.4 XTREME,是一款增材制造在其組件設計中發揮重要作用的電動汽車。

上面提到的品牌中有Liux。這是一個西班牙品牌,旨在徹底改變電動汽車行業。經過多年開發旨在將多款汽車推向市場的不同項目后,似乎用不了多久公眾就能享受到它們。在這三種可能的汽車中,最重要的是Liux Animal,這是一款電動汽車,將使用亞麻等可持續材料并通過3D打印。

我們還不知道未來會怎樣,但可以肯定的是,到目前為止我們所看到的只是汽車行業新時代的開始。特斯拉和SpaceX首席執行官埃隆·馬斯克(Elon Musk)表示:“3D打印汽車是交通運輸行業邁向更加可持續和高效的未來的重要一步。?福特汽車公司首席執行官Jim Hackett給出了3D打印在該領域優勢的另一個清晰例子:“3D打印電動汽車有潛力徹底改變汽車行業,創造出更輕、更高效、更耐用的車輛?!?/span>



來源:3dnatives

本文提到的3D打印材料簡介

具有良好的比強度、耐高溫、耐腐蝕和生物相容性,適合做航空航天,復雜構件以及生物醫療等應用。
   

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