汽车制造

3D打印将如何改变汽车产业?深度揭秘


   
    中国要成为世界制造强国,必须要发展高新技术产业,而新材料、新技术对产业的拉动作用不可小视,增材制造与快速制造技术也会让汽车行业受益无穷。


自下而上的制造方法

  美国材料与试验协会(astm)对增材制造的定义为:采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术,相对于传统的材料去除一切加工技术,是一种“自下而上”的制造方法。


基于不同的分类原则和理解方式,增材制造技术还有快速原型、快速成形、快速制造、3D打印等多种称谓。

  增材制造被誉为第三次工业革命新技术之一,引起了世界各国的广泛关注。2015年初,我国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、财政部联合发布了《国家增材制造产业发展推进计划2015-2016》,推动增材制造体系的完善,抢占高新技术带来的发展机遇。

  之所以要发展增材制造和快速制造技术,目的是使优良的设计能够快速变成产品。过去汽车上的钢盖或者排气管,因为需要做大量的模具,零件从设计到出产品,要想快速地完成十分困难。现在,增材制造技术则能快速、高效、清洁地完成,实现个性化、小批量生产。

  增材技术不需要传统的刀具和夹具以及多道加工工序,在一台设备上可以快速精密地制造出任意复杂形状的零件,从而实现了零件“自由制造”,解决了许多复杂结构零件的成形,并大大减少了加工工序,缩短了加工周期。而且,产品结构越复杂,其制造加速度的作用就越显著。

  发达国家非常重视增材制造和快速制造技术,不仅仅是采用增材制造方式,包括高速数控加工,也包括经济模具、快速模具,相对传统的制造方式能够短周期数字化快速低成本完成制造的方式。

  不论是美国、德国、英国,都把增材制造、快速制造列为未来很长一段时间重要的发展主题,这是国际趋势。

 

汽车行业为什么要发展增材制造、快速制造技术?

  一是为了解决设计制造一体化、制造的柔性化。设计师可以充分发挥想象空间,可以结合自然进行个性化的设计。

  同时,制造柔性化、个性化汽车将来肯定会成为可能。有预测显示,20年后的汽车有可能方向盘、车身,全是个性化的,甚至还会有彩色的汽车等,这是一个很大的转变。

  再就是材料制备和成形一体化。过去汽车设计是先研制出材料配方,现在把材料的制备过程和零部件成形连成一条线,实行快速制造。

  另一个原因是即使一个零件也可以多材料组成,在不同的部位结合功能要求采用不同的材料、强度,这就可以实现汽车的定制性能、定制材料于一体,进一步解决汽车轻量化问题或性能安全可靠的问题,包括性能制造过程中可控的问题。

因为增材制造属于数字化、自动化装备,这就要求设计生产制造过程实现数字化,包括远程定制。发展这些的目的是为了实现高品质产品的制造,能够提升产品质量,降低成本,为老百姓的幸福生活提供支撑,这是核心。

  目前已有上汽、大众等部分整车企业联合零部件企业制作汽车内外饰件的3D产品,这说明制造商们对增材制造技术的接受度正在提高。

  

决定未来制造创新的关键因素,一个是材料,一个是制造工艺。

  材料是基础,材料制造工艺、现代制造的方法是实现手段,另外还包括生产组织、销售及商业模式。如何把材料、工艺、装备和产品有效地组织起来,则需要结合“互联网”,改变现有的制造流程。

  如果将来基于互联网的数据库能建立起来,远程能够共享,数据库的剩余价值就可以进一步提升挖掘。还有数字化装备、生产线、车间及工厂,这样就能把材料制品和产品制造出来。

  包括将来的汽车生产线,肯定是多品种单辆汽车定制生产成为主线,真正柔性化生产线。还有生产系统优化与制造效率的问题,进一步实现节能减排,把软件、数据库、工艺库、专家库,过去的工匠经验变成软件、变成系统,把过去依赖人的工作变成靠设备系统来保障,提升质量。最后就是要实现国际化、合作化、协同化。

  增材制造和快速制造在汽车行业具体可以有几个方面的应用。一个是创新设计和校验,另外是整体成形,这是未来的趋势,还有一个特色是把材料设计、结构设计与制造能够一体化来完成,最后是复合成形制造,指工艺复合、材料复合等等。

  行业细分化、3d打印材料的突破与丰富将有利于增材制造技术在汽车零部件行业更好、更快发展。3d打印零部件材料种类显著增加,意味着零部件制造成本或在三到五年内大幅下降。未来,整车以及零部件领域对增材制造技术需求是非常大的,或许会有更多的3d打印零部件实现产业化。

  增材制造能够促使汽车制造企业抛开传统加工生产思路,运用科技创新思路,把3D打印与汽车行业联系起来,完成体系创新。目的是解决单件小批快速定制,包括结构设计一体化,进一步实现柔性化,在这个过程中能够实现节能减排、提高质量、提高生产效率,尤其是推动整个制造业绿色化发展,最终提升装备制造业和创新制造业的发展水平。