3D打印赋能汽车制造——聚焦Formlabs新玩法

　　3D打印这个词大家一定都不陌生，尽管这项技术已经出现了近三十年，生活中几乎各行各业都存在它的影子，但是我们却似乎了解和接触的不多。何为3D打印技术？Formlabs的3D打印解决方案如何能够在汽车制造中成为行业新宠呢？

　　首先，我们需要了解3D打印技术的本质：3D打印技术是一种快速成形技术，它通过计算机设计出数字模型，将需要打印物品的数字模型分解成若干层平面切片，由3D打印机把粉末状、液状或者丝状塑料、金属、陶瓷或砂等可粘合材料按照切片图形进行逐层叠加，最终叠加成完整物体。简单来说，就是将需要打印的物品进行三维立体数字模型进行切片分解，之后通过可粘合材料的叠加堆积组成完整的物品形态。虽然，3D打印技术看似只是一种简单的材料组合技术，但实现3D打印整个过程，融合了数字建模技术、信息技术、机电控制技术、材料科学与化学等诸多方面的多项前沿知识技术，是一种具有很高科技含量的综合应用技术，也是一种新型的制造技术。

　　在3D打印技术出现数十年后的今天，它早已不仅仅是一项富含科技的打印技术，在工业生产方面它的光芒也正在逐渐大力散发。随着时代的发展，对技术和产品的要求越来越追求个性，而3D打印因其优势所在，可以实现大规模的个性化生产，制造传统工艺技术难以制造出的形态、外观。

　　在3D打印技术应用这一领域中，Formlabs致力于向市场推出全套的解决方案，通过不断地扩大数字化制造的能力，打造桌面级3D打印机，让创作制造更加随心所欲。其拥有的采用光固化（SLA）专利技术“Low Force Stereolithography（LFS）”3D打印机 Form 3+、Form 3B+ 和Form 3L，采用激光烧结技术（SLS）的3D打印机Fuse 1已经成为全球工程师、设计师、制造商、牙科和医疗专业人员的首选专业3D打印机。近年来，随着3D打印技术在汽车行业的应用越来越深入，有越来越多的汽车生产制造商开始在3D打印技术方面着力发展。因此，Formlabs与各大汽车商之间的合作也在不断地深化。本期，让我们走进Formlabs，看看其前沿的3D打印技术在汽车领域有哪些应用案例，或许能为我们投身汽车增材制造领域的读者们带来一些新的思维火花。

　　Fuse 1—以SLS技术成为坚实后盾

　　作为全球最大的一级汽车供应商之一的家族企业——Brose（博泽）采用激光烧结（SLS）3D打印技术生产终端汽车零件。据悉，Brose与80个汽车品牌、40多家供应商和50家电动自行车制造商都有紧密的合作关系。在全球，几乎每辆新车都配备了至少一款Brose研发和制造的产品，从座椅结构到电机、驱动部件，Brose的产品包含各类机电元件和系统。目前，Brose正在积极将增材制造（AM）技术应用到他们的产品和制造流程之中，而下一阶段的目标就是运用增材制造技术进行批量化生产。Formlabs的第一个台式工业选择性激光烧结（SLS）3D打印机——Fuse 1是Brose打印设备中的新成员，更是Brose在3D打印技术批量化生产道路上坚实后盾之一。

　　Brose从十年前首次开始使用熔融沉积（FDM）3D打印机开始，就发现了3D打印技术在汽车零部件生产制造工艺中的应用成效与前景，随后迅速进行扩展，目前已经应用了市面上几乎所有的3D打印技术，也包括现在最新的Fuse 1 3D打印系统。从小型台式机到大型的传统工业打印机，作为欧洲最早接触Fuse 1 的公司之一，Brose的打印机组合配备了全体系的SLS打印系统，以将SLS打印技术的作用发挥到极致。在实验测试阶段，Brose增材制造聚合物产品制造技术专家Christian Kleylein团队利用Fuse 1打印出很多精细度高的零件，并对打印的时间效率、产品形态大小等进行了测试，得出Fuse 1 完全可以用来进行完成零部件需求的生产的结论。经过测试与分析，Fuse 1在Brose将会主要用来生产汽车零件的备用件和报废零件的替换品，尤其是退役车型的零备件的生产，这将会是备用件和替换件生产模式的重要改变。为何Formlabs的SLS技术3D打印机Fuse 1能得到汽车零部件“大厂”的青睐？首先，它可以生产制造高质量的零件，性能类似注塑零件；其次，它能够在设计阶段进行设置，快速、高效地进行零部件的修改优化；最重要的是3D打印是一种最不浪费、最可持续循环的增材制造工艺之一，这对现阶段的制造业生产发展来说是重要且愈来愈重要的。

　　当然，在Christian Kleylein看来，生产备用件和替换件并不是SLS在批量生产中应用的终点，其最终目标是用来生产制造下一代汽车的各种零部件，而这一目标在不久的将来定会实现。而达成这一目标，仍存在需要解决的问题：3D打印能够打印的零部件尺寸有限，若想实现更广泛的应用就需要能够实现更多尺寸的零部件打印。

　　Form 3—兼顾成本与时间

　　相对比Brose在Fuse 1 方面的深入应用，上海海维斯特汽车工程有限公司则应用Formlabs的Form 3光固化（SLA）打印平台来帮助他们解决原型制造中的问题。如海维斯特工程部副部长贾浩博所言：“在工作期间，我从机械结构设计、内饰结构设计、电子电器开发等几个领域，都找到了Form 3的用武之地。”

　　在机械结构设计方面，海维斯特运用Form 3进行产品的功能验证，对可折叠内后视镜的结构进行验证，在保证效果的同时节省了大量的时间和精力成本，为研发团队的研发工作增添助力。

　　在内外饰结构设计方面，Form 3 有效地解决了“操作力”这个指标带来的长周期的测试时间与客户要求的交付时间短之间的矛盾。以按键按压力为例，量产开发需要至少半年至一年的测试时间，对模具多次修改，才可以得出最终的产品，但客户给到海维斯特的时间远远小于半年。Form 3高效打印使得按键按压测试可在一天之内多次进行，在有限的时间内能够反复测试，验证各个方面的性能，并最大程度地缩减了原型与实际产品之间的差距。

　　更值得一提的是Form 3在电子电器开发中发挥的重要作用。智能面板在汽车内饰领域仍属于比较新的设计，面对客户的紧急要求，Form 3能够在关键时刻解决复杂问题，不仅如期给予客户效果反馈，更为团队节约了成本，成功赢得客户的赞许。此外，除了上述所提到的，在内饰的薄壁零件、覆硅胶膜的原型件等零部件的生产研发生产中，Formlabs的材料与3D打印技术也发挥了重要的作用，使用Tough 2000打印底座，CLEAR 打印透光字符，装配在一起无论是点亮效果还是包覆效果都符合客户的需求，顺利弥补短板，解决了产品问题。

　　Formlabs—让创作与制造“随心所欲”

　　除了在零部件生产领域的应用，3D打印技术在汽车设计制造领域同样拥有无限可能。就Formlabs的客户——英国汽车工业中心Vital Auto而言，从汽车外观、车架、内外饰，甚至交互式元素等方面均利用3D打印技术实现车辆制造。从创立之初Vital Auto就引入3D打印技术，利用3D打印技术进行高保真汽车原型制作，这不仅可以降低成本，还能够将客户的设计与创意更加多样化，让汽车设计拥有更多可能性。这也使得如今沃尔沃（Volvo）、尼桑（Nissan）、莲花（Lotus）、迈凯轮（McLaren）、吉利（Geely）等均成为了Vital Auto的客户。对于制造业来说，缩短研发周期是研发部门的重要目标和考核指标，而利用3D打印技术可以将原型制作的周期极大地缩短，并有足够的时间进行设计与零部件的迭代更新，直至达到最优效果。Formlabs产品Fuse 1的使用，更是提升了结构性机械部件的生产速度，同时不仅在测试阶段可以使用，在多数概念的实际应用中也切实可行。通过使用Fuse 1生产机械部件，如门铰链、门把手内件等部件，几乎无需后续处理流程，高效、精细。

　　单一的材料无法完成复杂设计的实现，而借助Form 3L则可以实现多材料的复杂设计。利用Form 3L的多功能性，与不同的材料进行融合，可以实现多种材质需求的打印，让打印出的零部件可以直接用在汽车上。Vital Auto凭借购置的三款不同打印机，可以在24小时内对部件进行多次迭代，甚至可以同时使用三种不同的材料，这就使得不仅成本得到节约，还能以同样的价格进行部件的多种状态展示。在过去的时间里，3D打印技术取得了极大的成果；而未来，3D打印技术将不再是一种新兴技术，而会成为汽车制造中不可或缺的一部分，Formlabs也将会成为汽车制造革命的重要一环。

　　写在最后

　　如今，3D打印技术在汽车行业中的应用越来越广泛和深入，所起到的作用也更加不容忽视。我们能够看到，3D打印技术的应用对汽车行业的发展起到极大的促进作用，不论是汽车制造的自动化高效率工作，还是解决短时间内的客户需求，3D打印技术都有着不俗的表现能力。其不仅在汽车零部件生产领域，更在汽车原型制造领域都发挥着越来越重要的作用。

　　相信未来，3D打印技术的发展定会有更大的突破，并在原材料、打印效率、应用领域等多个方面带来更加深刻的改变。3D打印技术在汽车行业的应用也会逐渐加深，从而推动汽车制造行业的新变革。