在此前的文章中，我们曾经介绍过当前汽车增材制造市场的现状以及3D打印对未来汽车制造的内外驱动力。从中可知，3D打印技术不仅已经成为汽车行业的必备技术，其应用程度也在从原型制造过渡为最终部件生产，一些领先的汽车品牌则希望利用它树立在本行业的主导地位。本期，3D打印技术参考关注的重点，在于增材制造技术在主流汽车制造商中的应用。 01戴姆勒集团拥有奔驰、Smart和迈巴赫等品牌的德国汽车制造商—戴姆勒集团已经将增材制造技术用于多种零件的生产。自2017年以来，戴姆勒与EOS（及其他合作伙伴）合作开展NextGenAM项目，旨在建立新一代利用金属PBF技术进行大规模零件生产的标准流程。NextGenAM平台已经应用到部分卡车零部件的生产，而其在汽车和电动汽车零部件生产方面的潜在应用前景已经在评估之中。 戴姆勒在商用车领域已将增材制造技术完全集成到产品开发和批量生产中，通过集团范围内的研究和重点项目的攻关，实现了在极短时间内将3D打印技术应用到戴姆勒卡车和客车的开发工作中。此外，戴姆勒正专注在通过增材制造技术进行批量零件生产，重点是实现备件产出以及零件库存的数字化。 通过3D打印技术制备的梅赛德斯-奔驰198模型系列（双门跑车和敞篷跑车）工具套件中的火花塞固定器 梅赛德斯（Mercedes）在赛车运动中也大量采用增材制造技术，近十年来，在其非常成功的F1赛车中的多个部分中使用金属3D打印的零件。戴姆勒客车3D打印零件的生产主要是使用聚合物SLS技术，而梅赛德斯奔驰Classic 3D则为梅赛德斯-奔驰300 SL等类型的车辆提供3D打印零件。 02宝马集团宝马集团从2016年开始对增材制造技术的使用开始加速，并在慕尼黑运营着一家增材制造企业，其投资1500万欧元新建设的增材制造产业园已于今年6月正式运营。宝马集团在增材制造方面的合作伙伴还包括3D Systems在意大利的先进增材制造中心，它也使用由外部供应商生产的SLS和SLA零件。此外，宝马集团还投资了多家增材制造企业，包括Carbon、Desktop Metal以及Xometry等。 BMW i8敞篷跑车上使用的金属3D打印零件 宝马是第一个使用3D打印技术生产数千种金属零件的汽车制造商， BMW i8敞篷跑车的软顶固定装置就是通过使用铝合金SLM技术进行批量生产的。截止到2018年，宝马集团在过去10年中3D打印的零件已超过一百万个。需要注意的是，其中有约20万件是在2018年制造完成的，相比2017年增长了42％以上。宝马的MINI品牌已使用聚合物粉末床技术生产定制化的零件，所创立的MINI Yours Customized项目，允许客户进行自主设计某些汽车零部件。该计划的增材制造合作伙伴包括HP、Carbon和EOS。与此同时，奢侈品牌劳斯莱斯（Rolls-Royce）在幻影和黎明两款车上也使用3D打印技术生产零件。 03大众集团大众汽车集团是增材制造技术应用最广泛的知名汽车品牌之一，力图推动该技术在汽车生产中的大批量制造。大众汽车在Wolfsburg建有先进3D打印中心，依托该中心来测试和了解最新的增材制造技术，同时进行一些模具和最终零件的生产。其大批量的生产通常是通过与外部增材制造服务商合作进行的。2018年底，中心引进了Additive Industries MetalFab 1系统以进行模具和备件的3D打印。 值得一提的是，大众的高端品牌也逐渐使用增材制造技术。奥迪多年来已在使用SLM Solutions 的设备生产备件和系列零件；保时捷在2017年投资Markforged并使用其技术为保时捷959等经典系列生产备件；布加迪（Bugatti）与SLM Solutions合作进行零件批量生产，并与APWORKS一起为布加迪Chiron设计零件。 在奥迪金属3D打印中心，工程师通过SLM工艺制造钢或铝质零件 大众集团旗下的意大利豪华汽车制造商兰博基尼长期通过Stratasys FDM和PolyJet技术进行原型设计和模具制造。2019年，兰博基尼与Carbon展开合作，聚焦于数字光合成技术。 最初，Carbon的技术被用于生产终端组件，如Urus SUV带纹理的加油口盖和风管夹；此后则用于生产用户可定制、个性化的SiánFKP37跑车（兰博基尼第一款混合动力超级跑车）的通风孔，实现了从设计到生产的快速过度，将零件交货时间缩短了12周。 兰博基尼Sian的内饰融合了皮革特征和3D打印组件 04菲亚特集团FCA（菲亚特克莱斯勒汽车）集团由意大利菲亚特集团（包括法拉利、阿尔法·罗密欧、蓝旗亚和依维柯）和美国克莱斯勒集团（包括道奇和吉普）合并而成。菲亚特是意大利第一家采用3D打印进行原型制作的公司，依托Turin工厂开展增材制造计划。 吉普车和菲亚特汽车均使用HP MJF技术进行批量生产。吉普车公司平均每周使用该技术完成4-5批次的打印工作，而菲亚特依靠外部服务提供商（如3D Systems on Demand）来进行短期SLA和SLS零件的生产。奢侈品牌法拉利在一级方程式赛车中使用了增材制造技术，而阿尔法·罗密欧已在使用增材制造技术开发、生产Alfa Giulia的格栅。 菲亚特Centoventi概念车利用3D打印技术实现大规模定制生产，并提供114个Mopar设计的配件 2019年12月，FCA集团与包括雪铁龙、标致和DS等汽车品牌在内的PSA集团合并，通过与3D打印初创公司Divergent 3D合作主攻金属3D打印技术的应用，由后者开发的Blade超级跑车拥有几乎完全3D打印的底盘。Divergent公司已采用SLM Solutions的金属3D打印技术进行零件生产，同时计划于2020年开始为OEM客户批量生产安全关键构件，并向客户推出先进的增材制造设备。 05福特汽车美国汽车制造商福特比其他任何一家公司在增材制造工业化应用方面的研究都要多，其在底特律的Redford建有先进的增材制造中心，运行着来自Stratasys、HP、Carbon、EOS、Desktop Metal和SLM Solutions等公司的数十台工业级3D打印机。 Redford工厂利用Carbon的数字化光合成技术来生产最终用途零件，包括用于福特Focus加热、通风和冷却（HVAC）的杠杆臂维修部件，福特F-150 Raptor的辅助插头，福特野马GT500的电动驻车制动支架等等。福特密歇根州组装工厂利用五种不同的3D打印工具来构建Ranger皮卡，从而缩短其市场投放时间。福特公司在全球总共运营近100台3D打印机，引进全球30多家工厂的3D打印技术。在领投了6,500万美元的投资后，针对Desktop Metal的Studio系统和Production系统，福特公司成为后者先进金属3D打印技术的第一批引用者。此外，福特也与Stratasys和Siemens有密切合作，通过多轴挤压系统批量生产超大型零件和复合材料零件。 福特先进制造中心的增材制造技术员Scott Clark正在清洁铸造模具 06通用汽车通用汽车公司很早便开始引进增材制造技术，十多年来一直使用工业SLA和FDM技术生产零件和模具。如今，通用汽车在增材制造方面的研究主要在其位于密歇根州的Warren科技中心展开，每年可生产超过30000个零件。 2018年，通用汽车与Autodesk合作生产了一种钢制的3D打印座椅支架，该结构比标准支架轻40％，但是强度却高出20％。基于此，通用汽车预测，有多达100个零部件可通过高性价比的增材制造技术来生产。 通用汽车与Autodesk合作开发的座椅支架，比原始零件轻40％，强度高20％ 通用汽车目前正在与GKN合作，将HP Metal Jet技术用于零件批量生产，并在金属PBF工艺的工业化方面开展广泛的工作，包括与GE Additive以及意大利增材制造服务商Beam-IT的单独合作。通用汽车还通过增材制造技术为顾客提供定制化部件。通过与米其林在Uptis（无须充气的新型轮胎），双方希望基于3D打印技术生产出可完全回收的汽车轮胎。 END 增材制造技术符合汽车工业的需求，推动了汽车设计的进步。如今，3D打印技术已经发展到可以用金属和塑料材料生产最终用途部件的地步，进行批量制造已成为现实。随着3D打印技术的进步，以及汽车用户经验的积累，今后该考虑的将会是如何更好、更快速、更深入的集成和融入到汽车生产体系中。为了达到这一目的，增材制造企业，也在不断努力。 注：汽车行业增材制造白皮书已上传QQ群。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.3D打印对汽车制造的内外驱动力及当今汽车增材制造市场 2.揭示惠普MJF技术熔融机制、墨水成分和新旧粉末特性变化 3.德国推动汽车产业金属3D打印工业化集成 增强制造业强国地位 4.新一代增材制造 : 金属3D打印批量生产全自动化试点取得全面成功

Wholers Report 2020指出，2019年全球3D打印市场总值达到118.67亿美元，相比去年增长21.2%，这已是这项技术连续10年以超过20%的年增长率快速发展，汽车行业则以16.4%的占有率引领行业应用。与此同时，SmarTech Analysis统计的2019年汽车全球增材制造市场总值为13.9亿美元，到2029年汽车零部件生产中与3D打印相关的市场规模将达到90亿美元。 可见的是，宝马、福特、大众等汽车厂商不断加码对3D打印的投入，无论从成本还是汽车未来发展的角度，这都是大势所趋。 汽车增材制造市场规模2019-2029预测（来源：SmarTech Analysis） 01 3D打印对未来汽车制造的内外驱动力 促使汽车行业大规模引入3D打印的原因可以从经济成本、竞争压力以及汽车未来发展趋势的内外部原因来分别解释。 自1990年代3D打印开始商用后，汽车工业就在使用该技术进行原型制造，汽车行业也更容易接受将3D打印视为制造增值产品的一种手段，而这些产品只能通过增材制造来实现。时至今日，增材制造技术在汽车制造商心目中的地位发生了根本变化，其原因涉及以下因素： 1. 汽车行业面临巨大的价格和成本压力 2. 制造商需要追求运营优势，以保持竞争力 3. 消费者对定制的需求给小批量和个性化零件的生产带来低效，这增加了制造的复杂性。 3D打印在汽车零部件制造中的应用 在市场变化的压力下，汽车厂商急需新的技术来解决运营和市场需求带来的压力。随着3D打印技术的快速发展，特别是近年来该技术在功能性零件直接制造以及批量制造方面的突破，汽车制造商逐渐注意到3D打印确实可以解决一些实际问题，能够降低小批量制造过程中的生产成本，并在一定程度上迎合市场需求。作为一项被普遍认为将改变未来生产方式的技术，一些汽车生产商需要借助它来保持对汽车行业的引领作用。 除了经济成本和市场竞争压力等内部原因外，电动汽车、自动驾驶以及共享汽车等新型出行服务的发展已经动摇了汽车行业的格局，这些都会对汽车制造商和零部件供应商产生不同程度的影响。汽车行业本身的发展给车辆前端设计带来了一些改变，热量管理以及设计空间和整体重量的减少越来越被重视；与车辆安全和舒适性相关的结构也需要用新的技术来实现。 这些关键趋势需要3D打印服务商和采用3D打印技术的汽车供应商能够以更快的速度、按需提供更优化的新产品。 3D打印用于汽车部件结构优化和减重 考虑到当前汽车行业的发展趋势，在一些情况下，减重将尤为重要。在过去的三年中，已经出现了许多采用轻量化材料和结构进行新的元器件系统设计的案例。通过重新设计车身或其他各种部件，可优化零件性能重量比，增材制造技术在实现零件减重方面可以发挥重要作用。 未来，增材制造技术可能成为多种减重策略整合下更可行的解决方案，这也使得它成为改善燃油经济性的有力保障。此外，无论是采用轻质合金、高性能聚合物还是进行先进的几何结构优化来实现减重或者节省更多空间，增材制造技术都成为当前汽车发展趋势下不可缺少的关键技术。 02 当今全球汽车市场增材制造使用现状 由于汽车市场面临巨大的成本竞争压力，在增材制造技术方面的投资效益实际上不如其他细分市场（如航空航天、医疗、牙科和消费品）那么直接。3D打印在大规模定制方面具有极大优势，然而在零件性能和生产自动化方面却表现不佳，该技术在汽车制造领域需要关注长期效益。 此外， 3D打印领域还存在这样一种现象，业内材料的收入几乎占到了应用收入的一半，而对于其他技术，前者往往比后者小几个数量级。这也是3D打印设备商看中汽车市场的重要原因。未来汽车制造将越来越多的采用增材制造，而随着经济规模增大，材料和硬件成本将逐渐下降，汽车制造商的长期效益将非常显著。 宝马增材制造产业园拥有当今所有最先进的3D打印技术 目前，很多汽车制造商和3D打印机设备商确立了合作关系，通过将3D打印端到端的集成到汽车制造生产线中，可以更好的进行零件设计和生产策略规划，并力图逐步实现3D打印生产的自动化。 德国汽车制造商在开发用于最终零件生产的3D打印应用方面进行了迄今为止最大规模的投资。大众汽车集团报告称，3D打印在其零件生产中的采用率最高，奢侈品牌布加迪和兰博基尼的应用案例具有里程碑的意义；戴姆勒·奔驰集团和宝马集团则宣称实现了该技术最重要的应用，特别是粉末床熔融技术，已被用于按需备件生产和其他零件的直接大批量生产。基于对更大产量和更低成本的需求，大众汽车已开始使用具有高吞吐量的惠普金属粘结剂喷射成型技术进行零件直接生产。 福特先进制造中心涵盖3D打印、虚拟现实等先进技术美国和法国汽车制造商在使用3D打印技术方面紧随其后。福特汽车在复合材料等增材制造技术方面进行了大量投资；特斯拉虽对自己使用的3D打印技术严格保密，但电动汽车对散热的特殊要求可能会让特斯拉不得不考虑该技术，此外，近日其Model Y后车架上的创成式设计，也能看到3D打印的使用身影。法国标致雪铁龙集团已采用金属粉末床熔融技术直接生产Divergent超级跑车的多个组件，而米其林也在采用旗下AddUp的同类3D打印技术生产轮胎模具。 特斯拉Model Y后车架上的创成式设计 中国和日本的汽车制造商通常依赖外部3D打印服务商通过精密铸造或直接3D打印来生产零件（实际上欧美汽车制造商也是如此）。以上汽大众为代表的中国汽车制造商，已在使用3D打印进行前端设计，来提高产品的成熟度。目前，已经有相当数量的汽车制造商在使用FDM（如Stratasys或其他一些品牌可以加工高温聚合物的打印机）或Polyjet技术来生产工具、铸模、夹具和固定装置等。 03 结束语 汽车工业在增材制造行业中占有特殊的地位。虽然3D打印技术早已被广泛用于原型制作，但汽车公司目前已开始将其用于最终生产应用。如今，大众、福特、宝马、捷豹路虎和其他汽车巨头正与增材制造公司携手合作，将汽车行业带入一个以生产为中心的时代。 在此后的文章中，我们还将继续介绍这些公司如何使用3D打印，同时也将介绍EOS、Stratasys、Carbon、HP等公司如何将业内最顶尖的3D打印技术用于汽车生产。汽车行业未来将成为除航空航天、医疗和消费品外，3D打印技术发展的真正蓝海。 本期上传：《汽车增材制造聚焦2020》欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.德国推动汽车产业金属3D打印工业化集成 增强制造业强国地位 2.观点：变革尚且远矣，理性看待汽车3D打印技术 3.福特汽车：借助3D打印技术重塑汽车生产线 4.人工智能和3D打印：满足制造业的未来