将想法快速转化为获胜设计

利用 3D 打印机实现生产能力的提升
走近江淮汽车:民族汽车品牌如何利用3D打印转型?

    2013年,号称世界上第一辆3D打印汽车Urbee2问世,吸引了全世界的目光;美国橡树岭国家实验室用3D打印技术打造了一辆外形模仿经典跑车谢尔比眼镜蛇(Shelby Cobra)的跑车,得到了当时美国总统奥巴马的大力赞赏……近年来,3D打印在汽车制造业内的应用迅速发展,无论是车厂、零部件厂商还是售后服务供应商,3D打印都为其开辟了一条更快捷高效的创新捷径,使企业不受传统制造方式的限制,迈入发展快车道。

    安徽江淮汽车股份有限公司早在2002年就已经引入3D打印技术,这项技术的引进成功参与并推动了江淮汽车从单一卡车制造商到综合性汽车制造商的重大转型。安徽江淮汽车的前身是1964年成立的合肥江淮汽车制造厂,中国第一台真正意义上的客车专用底盘曾在这里诞生,中国轻卡轿车化潮流也是从这里萌发。在3D打印等新技术的推动下,江淮汽车这个古老而年轻的民族汽车品牌正焕发着勃勃生机。




    节约研发周期,和时间赛跑

    查看3D打印样件、处理数据文件、检查设备参数……每天,江淮汽车技术中心产品造型一部技术经理胡鹏都会例行来到造型车间的3D打印室处理工作,这里有他的老伙计——一台已经整整服役13年的联泰RS600SS 3D打印设备。从2002年一手筹备3D打印工作室并引入3D打印机以来,胡鹏和这位亲密盟友就一直奋战在造型部一线。从他手下出炉的3D打印样件可以说不计其数。有人甚至开玩笑地说,他可能是“国内操作同一台3D打印设备时间最长的人”。




    胡鹏向介绍,江淮汽车接触3D打印技术之际,正是在江淮汽车重要的转型阶段,即从原来单一做卡车的公司向卡车和乘用车一体的综合型制造商转型。由于原来卡车控制的精度和模式相对来说比较“简单和粗暴”,而乘用车在细节和品质方面需要有一个很大的提升。基于这样的前提,江淮在2002年开始逐步引入3D打印技术。

    眼前这台成型尺寸高达600mm x 600mm的安静的大家伙,除了2010年进行过一次整体保养维修后,一直兢兢业业工作至今,胡鹏对它也深怀感情。“我认为当时的这台设备是我选的比较成功的一台设备。”




    “联泰公司是3D打印行业的先驱者,十几年来一直致力于技术的研发及运用,他们生产的设备性价比高,比国外的便宜一半以上,可是稳定性和精度却很接近。”接触3D打印十余年,胡鹏对技术原理了然于心:“这台设备采用了高脉冲频率的固体激光器、真空吸附刮板、比利时materialise公司的Magics RP数据处理软件、美国DSM Somos公司提供的树脂,保障了设备十几年的高负荷稳定的运行,同时自动工艺参数调整、在线激光功率检测,扫描速度实时调整,使得设备成型质量很高,机器的稳定性也很好。”

    3D打印作为一种先进的制造手段,究竟如何帮助汽车企业?主要优势在于它突破了产品的设计限制,极大缩短了产品开发周期,同时大大降低研发成本,并且同步开发,提升了新产品的可靠性。从内饰到轮胎、空气管道、盖子、气动模型、缸体、缸盖、燃油系统、壳体等设计及功能验证3D打印都可以大展拳脚,它无需开发模具便能非常快速地将原型打印出来,开发人员能通过3D打印件静态分析和实车安装发现问题,再和结构设计工程师技术沟通,优化零件结构设计,提高零件的强度和可制造性,简化零件结构,验证技术结构可行性,提高产品成熟度。

    胡鹏向举了两个简单的例子,比如说汽车的造型阶段,需要借助3D打印,用生动立体的实物来展现设计师创意。江淮的第一款轿车宾悦研发过程,已经有了3D打印的参与。研发过程中,不少内饰设计借鉴和参考了市面上比较成熟的车型的元素。在做外形评审时,原来用平面的图片张贴在模型上面,无法体现不同角度的视觉效果。他们于是利用3D打印做了很多内饰的旋钮、按键等零部件,全部镶嵌在模型车上面,非常直观。目前江淮即将上市的一款纯电动汽车在汽车外饰造型上也大量采用了3D打印。纯白小巧的车身,配上湛蓝的3D打印铭牌、后视镜等,大大节约了整个车身造型的时间。



    特别值得一提的是,汽车外壳中的隔栅、曲面结构非常多,“最难制作的是那种全网格化的”。这种造型传统机床加工是非常困难的,而通过将这些复杂的局部零部件3D打印之后再镶嵌进整车模型中,可以达到理想的效果。

    此外,“小批量生产”也是比较典型的应用场景——每款新车正式上市前会有一个公告环节,这个阶段一些零部件还没有最后成型,传统方式是外包进行手工制作,这就导致每辆车的零部件会存在偏差。而利用3D打印,能够一次性小批量制作外观一模一样的零部件,保证公告环节展示车型的一致性。

    胡鹏说,3D打印原来只是服务于外观造型。现在已经应用于于底盘,变速箱,发动机等等内部结构设计。3D打印在公司研发部门使用的领域已经越来越宽泛。

    和传统造型方式取长补短

    随着工业生产逐渐从大规模批量化生产转变为小批量和个性化生产,汽车产品的生命周期和投放市场的时间越来越短。从微型车到大型的SUV,从小型面包车到100多吨的大型重卡,江淮汽车经过十几年高速的发展,产品线已经非常丰富,产品更新的速度和频率也越来越快,这对设计开发部门也提出了越来越高的要求。

    熟悉汽车研发的人也许都知道,汽车在正式进入量产之前,必须先制作出等比例的实物模型。在汽车造型阶段,要做两个模型,分别是油泥模型和硬质模型。“玩泥巴”即用油泥是汽车造型的一种主要手段。油泥类似于一种黏土,用在汽车表面的研发过程中已经有几十年了,它非常适合于做一些光滑的大面积的汽车外表面,但是对于制作一些非常精细的零部件例如隔栅、按钮、按键等却非常难。

    一个好的“泥匠”需要多年修炼才能达到炉火纯青的手艺,而且面临着技术失传的困境。胡鹏谈到,两年前,为江淮汽车服务多年的一位老艺人退休,他的手艺已经无人可继成。“但是我们的手段会越来越多,不仅仅局限于传统手段,3D打印就是一个很好的补充手段。还有虚拟现实系统,能够模拟汽车在不同场景中的表现。”

    而硬质模型的材料为树脂,虽然已经引入了国外先进的数控机床进行前期加工,但由于硬质材料非常坚硬,导致制作周期非常长,就算两班人马24小时轮番工作,整个外壳做下来也需要45天,成本非常昂贵。



    “对于汽车研发来说,一款车型从设计到成品,开发周期也就2到3年,这个时候一个半月的时间是非常长的。如果能用3D打印替代一部分硬质模型,预计模型制作时间将缩短至15天,这将会是一个巨大的突破和提升。”胡鹏总结。

    以联泰RS600SS为代表的3D打印设备具备自动化、智能化的特点,能够利用晚上的时间打印。利用3D打印等先进的辅助手段,来改善前期比较困难和耗时的一些阶段,比如模型等候的45天,就能给一个项目节约不少时间。

    未来:应用空间广阔

    汽车行业也是3D打印最早开始渗透并应用的领域,到今天,除了福特、宝马、兰博基尼、大众之外,像通用、保时捷、本田、克莱斯勒、奔驰、奥迪等,几乎所有的整车厂都在采用快速成型设备来满足汽车不同阶段的研发需求。

    除了快速原型制造之外,宝马等企业已经利用3D打印制作生产线上的工装夹具和生产工具。胡鹏对此非常认同。他谈到宝马的一个典型案例就是3D打印贴标机,可以帮助准确地将Logo贴到不同位置的汽车上。“3D打印完全可以进入汽车生产制造环节。例如一线工作人员发现了哪些不适应的地方,马上可以用3D打印来制作一些得心应手的工具,又方便又快捷。”

    谈及3D打印未来在江淮汽车的应用前景,这位研发部门的“老司机”充满了信心,他谈到,虽然目前3D打印由于对材料的安全性能和力学性能限制,还很少用来直接制造零部件,但3D打印技术完全可以通过选择合适的切入点,在汽车生产制造环节发挥更大的价值。比如利用3D打印技术直接打印非关键部件,如前后保险杠翼子板、保险杆等。其次,3D打印在汽车改装领域有很大的市场,能够为客户提供个性化、小批量的定制服务。正是意识到这个正在逐渐成长的潜力市场,江淮汽车已经成立了一个专门的部门,负责个性化定制和车辆改装。“比如量产的时候是黑色的内饰板,我们可以特别定制全白的。或者为客户开发不同款式的车顶行李架。针对女性消费群体,我们可以提供红色的内饰,等等。”而这些“私人定制”,正是3D打印大显身手的地方。




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材料

3D打印材料的功能化决定着产品功能化,联泰科技经过近二十年的行业应用经验累积,目前有应用于工业端性能接近工程塑料的光固化材料,高透明类亚克力光固化材料,高度柔韧性光固化材料,替代模具的耐高温光固化材料等等。

优联智造云

优联智造云即Unionfab Cloud 是优联智造针对3D打印行业推出的工业互联网云智造平台。基于智能硬件、云计算、边缘计算、物联网、人工智能等先进技术能力,实现对 3D 打印设备的智能物联,为用户提供云端3D打印、智能排产、辅助数据模型修复、设备远程监控、设备健康管理、生产数据分析、服务全流程标准化管理等功能,帮助企业提升实际生产效率的同时,减少对实地生产人员的依赖,实现对生产流程的精细化管理。

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