先进成型技术在汽车定制领域的应用

鲁明 张学宇

摘要：随着社会发展，人们对汽车的性能和审美要求不断提高，各种新概念汽车不断发布，这些车采用新型的材料、新型的工艺、新的加工技术，不断提高整车性能，采用新能源动力系统，降低汽车重量，提高汽车续航性。在新汽车领域中除新能源外，新工艺的应用也愈加突出。其中越来越多的客户喜欢通过私人定制凸显个体的不同或品味，3D打印增材制造技术在汽车领域中开始火热起来。本文对增材制造技术在汽车领域的制造和定制进行简要的概述，就3D打印增材技术如何实现汽车部件的整合、整机重量的降低、以及样式定制进行论述。

关键词：汽车定制;3D打印;增材制造

一、3D打印技术与虚拟现实技术对汽车生产带来的变革

汽车定制公司Hackrod与Siemens PLM Software达成合作，旨在实现民用工程设计和制造的自主化，为消费者提供设计自己的3D打印汽车的机会。Hackrod正在为一款名为“La Bandita”的汽车创建部分3D打印件。它是全球首款采用虚拟现实技术设计的AI工程3D打印车。该公司已经与3D打印软件巨头Autodesk合作，并且现在与西门子 PLM Software签署了合作协议，以加速实现“消费者成为汽车领域创造者的工程设计和制造自主化的共同愿景”。

采用传统的汽车制造方法，可以实现定制汽车解决方案的快速原型设计，并将消费者作为汽车领域的共同创造者。总之，客户可以设计他们的汽车，而Hackrod将使用特殊软件创建原型，并利用3D打印技术打印它们。此外，最初Hackrod将使用设计模板供客户选择。更简单的在于，孩子通过汽车涂鸦便，然后将涂鸦的作品变为现实。

汽车定制公司Hackrod的设计团队成员由一位电影导演和一位航空航天工程师组成，旨在快速实现汽车定制方案的原型机，使消费者也参与到汽车设计中，成为车辆的联合设计师。Hackrod目前正在宣称世界上第一辆以虚拟现实设计的汽车，由人工智能设计，充分发挥先进制造的潜力，并由未来的供应链提供。一旦技术得到充分发展，只有硬件集成，工程分析等等才会以数字方式完成。其他一切都将由客户自定义。

二、3D打印技术用于汽车个性化定制

目前许多汽车制造商都采用3D打印技术进行设计和制造，但宝马已經成为该领域的领导者，使用该技术已超过25年。宝马和其他汽车制造商有很多理由转向3D打印，例如节省时间和成本、生产轻量、高效及复杂零件的能力，但3D打印还有一些简单有趣的好处，如个性化定制。

宝马的新款MINI可以通过多种不同方式为用户进行个性化定制，例如3D打印图案、图片、形状和仪表板和手套箱上的字母等。据宝马称，你甚至可以要求在街上投射你的名字的LED灯也可以进行定制。宝马是第一家将汽车个性化推向这一级别的公司，是在比利时公司Twikit的帮助下实现这一过程，该公司的软件平台强调3D打印定制的可能性。

宝马 MINI的客户可以在线设计自己的汽车，并将数字文件发送到生产商，在那里使用3D打印、激光切割和其他先进技术进行制造。

Twikit现有33名员工，它是由Hoppenbrouwers、Martijn Joris和George Lieben于2012年创立，目前在全球范围内变得十分活跃，特别是在欧洲和美国。除了与宝马合作外，Twikit还为假肢和矫形器、珠宝、电子产品及门窗等行业提供个性化生产服务

三、3D打印汽车零配件的代表——轮毂

随着3D打印技术的不断发展，大到航空航天、医疗人造骨架，小到汽车模型、手机壳，几乎融入了我们生活的全部。全球知名轮毂品牌HRE，向世界展示了其制造的一款全新3D打印钛合金轮毂。

HRE这个轮毂品牌是轮毂品牌中的老牌劲旅，高昂的售价让不少玩家都望而却步，但其设计却极其前沿。如图HRE和GE Additive共同开发了这款让人震撼的作品。

这款轮毂采用电子束熔化（EBM）技术打造，其原理是通过电子束将钛粉末融化，变成固体，一层一层不断重复，逐渐地，这些层堆积起来，就形成轮子的辐条。

但不只是这样就完成了，因为打印时需要临时的一些部分对零件的支撑，所以后续还要将这些部件手动移除，并将移除的部分加以回收利用。最后还需要将装配螺丝孔经过CNC加工，这样做的目的也是能够严格确保组装的精密程度。

由于钛这种材料具有较强的防腐蚀性，因此这款轮毂并不需要额外的保护图层，但为了视觉效果，还需要手工进行拉丝工艺的处理。

EBM这种工艺大大有效降低了材料的浪费，可将材料浪费度减少至5%，相对于传统锻造工艺减少了80%的材料浪费。作者认为，这款轮毂的诞生是HRE向全世界证明其拥有并掌握了这项技术，而并非能在短时间内将这款轮毂量产。

这个轮毂名叫HRE three D +，是世界首款3D打印轮毂，也只有HRE这个轮毂品牌中的大佬，能有魄力放手传统的铸造锻造工艺，将3D打印与钛合金结合，开拓新的道路。

它主要有两部分组成，轮辐是经过3D打印的钛合金，通过电子束将钛粉末融化变成固体，很多层堆积起来就形成了轮子的辐条儿，轮辋机体则是采用了碳纤维材料，另外装配螺丝孔需要经过CNC加工来确保组装的精密度，最后用多个钛合金螺丝将轮辐和轮辋装配在一起就完成了整个轮毂。

使用碳素材料有很多好处，这种材料不仅轻还有较强的防腐蚀性，因此并不需要有额外的保护涂层，更有意义的是，这种新的制作方法能大幅减少材料的浪费，用传统工艺制造铝制轮毂时，要移出80%的材料才能成型，而制造HRE three D plus只需要浪费原来5%的材料，它特殊且复杂的造型又能呈现出极佳的视觉效果。

参考文献

[1]罗益峰. 汽车用新材料的最新进展——轻量、节能和环保[J]. 纺织导报，2017，（03）：39-43.

[2]储亚婷. 基于电动汽车与智能汽车发展前景的研究[J]. 汽车实用技术，2017，（01）：3-4.