導(dǎo)讀：在汽車行業(yè)，增材制造這一革命性技術(shù)的應(yīng)用在不斷得到鞏固，而且在原型設(shè)計、工具、賽車和一次性產(chǎn)品方面蓬勃發(fā)展，但在直接數(shù)字化大規(guī)模生產(chǎn)方面，它的影響依然非常有限，或者說不存在。
為此，奧迪增材制造中心負(fù)責(zé)人 Erhard Brandl 博士具體解釋了為什么增材制造革命在汽車的初期開發(fā)階段已經(jīng)發(fā)生，他表示：”增材制造硬件制造商希望汽車公司將增材制造的使用擴(kuò)大到直接生產(chǎn)，但成本與傳統(tǒng)制造業(yè)相比仍有很大差距。盡管如此，隨著我們向全面電氣化過渡，增材制造在開發(fā)新一代汽車方面所提供的可能性，在奧迪公司產(chǎn)生了對3D打印部件的巨大需求。”
Brandl博士清楚地了解增材制造能真正帶來好處的地方。他從2007年開始從事增材制造工作，當(dāng)時他是空中客車公司金屬增材制造的博士生。2012年，他轉(zhuǎn)到奧迪公司，在生產(chǎn)部門工作，直到2019年，他接任增材制造中心負(fù)責(zé)人。他解釋說：”在我在奧迪的角色中，我開始從最終用戶的角度來看待增材制造。因此，推動技術(shù)的發(fā)展不再像實(shí)際使用它來制造零件那樣重要。”
位于奧迪英戈爾施塔特總部的奧迪增材制造中心，是為整個奧迪進(jìn)行幾乎所有零件（包括所有金屬零件）3D打印的地方。Brandl博士的團(tuán)隊滿足開發(fā)和生產(chǎn)部門的所有增材制造需求，確保他們及時得到3D打印的零件。他們還充當(dāng)內(nèi)部顧問，在新材料和應(yīng)用方面緊跟快速增材制造市場的發(fā)展。
奧迪是如何使用3D打印的？
奧迪在生產(chǎn)過程中使用數(shù)字3D打印已經(jīng)超過20年了。最初，該工藝主要用于生產(chǎn)視覺模型。近年來，使用該技術(shù)為公司自己的生產(chǎn)工具和車輛模型創(chuàng)建的部件的份額已大大增加。同時，塑料和金屬已經(jīng)能夠生產(chǎn)越來越大的部件。
Brandl博士澄清說：”在增材制造中，有一些物理邊界，因為雖然你可以一次性制造更大的零件，但這樣做可能并不總是有效的。我們確實(shí)在制造非常大的零件，甚至是保險杠，主要是通過將不同的部件組裝在一起?！?/p>
在增材制造中心所在的英戈爾施塔特，匯集了技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)方面的許多不同能力和資源。這里是與各部門一起進(jìn)行技術(shù)偵察和開發(fā)新應(yīng)用的地方。在內(nèi)卡蘇爾姆（Neckarsulm）基地，還有一個主要使用塑料長絲擠出的3D打印卓越中心。通過與生產(chǎn)部門的密切合作，那里的3D打印專家設(shè)計了定制的裝配輔助工具，使工作更符合人體工程學(xué)。如果員工有優(yōu)化的想法，他們可以直接聯(lián)系內(nèi)部3D打印中心。
△通過多射流模型打印的門把手
△通過多重噴射建模打印的適配器
奧迪與柏林的一家初創(chuàng)公司一起開發(fā)了軟件，將設(shè)計預(yù)裝設(shè)備的時間減少了80%。通常只需要一張草圖，只需幾個小時就能得到所需的零件。3D打印首次被納入奧迪e-tron GT1大批量生產(chǎn)的準(zhǔn)備工作中。今天，有超過160種不同的打印輔助設(shè)備在該地點(diǎn)使用。例如，其中一個用于空調(diào)壓縮機(jī)以及冷卻管的預(yù)裝。這種帶有內(nèi)置夾子的裝配輔助裝置是內(nèi)部設(shè)計的，可以將所有的部件固定在準(zhǔn)確的位置上。
汽車開發(fā)的未來
Brandl博士表示：“到目前為止，除了這些工具，原型設(shè)計業(yè)務(wù)代表了最大的需求。這是我們的一個主要關(guān)注領(lǐng)域，因為我們正在經(jīng)歷向電氣化、數(shù)字化和可持續(xù)性的過渡。這些都是重大的變化，意味著我們必須迅速開發(fā)整個系列的新車。每一個被制造出來的零件都要經(jīng)過幾次迭代，因為它必須在最終確定之前經(jīng)過多個版本的優(yōu)化。增材制造是一個工具箱，可以幫助我們更快地創(chuàng)建新零件。在過去，人們并不真正了解增材制造。現(xiàn)在他們真的渴望使用這項技術(shù)，因為他們真的覺得這項技術(shù)可以解決他們在日常業(yè)務(wù)中面臨的真正挑戰(zhàn)。”
位于英戈爾施塔特的金屬3D打印中心專門生產(chǎn)復(fù)雜的鋼和鋁零件，以及重達(dá)數(shù)噸的成型工具的插入件，例如用于壓制車身零件或壓鑄。這些都是使用激光熔化工藝從金屬粉末中制造出來的。這使得實(shí)現(xiàn)不尋常的設(shè)計更加容易，因為3D打印比任何其他制造工藝支持更大的幾何自由。這對于靠近邊緣有冷卻通道的工具插件等零件來說是一個主要優(yōu)勢。
Brandl博士確認(rèn)：”增材制造的工具，特別是用于塑料部件熱成型的金屬工具，代表著真正的挑戰(zhàn)。我們開始在幾個不同的金屬PBF機(jī)器上使用鋼和鋁，包括EOS和SLM解決方案。我們還開發(fā)了自己的參數(shù)。這是一個正在運(yùn)行的業(yè)務(wù)，有成熟的商業(yè)案例，因為最終，這都是為了業(yè)務(wù)。如果沒有附加值，沒有成本降低或其他明顯的時間和質(zhì)量收益，那么，我們就不會做。”
例如，在可預(yù)見的未來，奧迪不會使用增材制造的東西是客戶驅(qū)動的定制。Brandl博士表示：”我們現(xiàn)在知道，客戶不需要3D打印的零件，他們需要的是解決方案。3D打印是最終的定制工具，但我們知道，最終，客戶并不想成為一個設(shè)計師：他想配置不同的選項，這意味著個性化，但不是在結(jié)構(gòu)層面，增材制造可以做到。即使在輕量化方面，增材制造的好處也不足以證明零件成本的合理性?！?/p>
△通過選擇性激光燒結(jié)技術(shù)打印的部件
加速生產(chǎn)
因此，直接增材制造并不是奧迪近期戰(zhàn)略的目標(biāo)，盡管Brandl博士證實(shí)，像大眾這樣的大型集團(tuán)共同制定增材制造的平臺戰(zhàn)略，使不同的公司能夠從集團(tuán)內(nèi)其他公司的進(jìn)展中學(xué)習(xí)?？偟膩碚f，這導(dǎo)致了在幾種不同的增材制造技術(shù)中生產(chǎn)了大量的零件，雖然批量生產(chǎn)還很遙遠(yuǎn)，但增材制造正在使整個集團(tuán)開發(fā)越來越復(fù)雜的零件。
在奧迪生產(chǎn)的每一批次可以達(dá)到300或400個零件，它們被用于特殊項目，從概念模型到賽車運(yùn)動，奧迪最近宣布它將進(jìn)入日益增材制造密集型的一級方程式賽車世界。”賽車運(yùn)動是重度用戶，但增材制造仍然過于昂貴，無法在更廣泛的汽車工業(yè)中用于最終零件。Brandl博士說：”每個零件的價格必須大幅下降，而在金屬領(lǐng)域，由于去除支撐結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的額外復(fù)雜情況，它甚至離我們更遠(yuǎn)。”
△用MultiJet Fusion打印的表面光滑的固定裝置的外殼
雖然塑料可能會帶來更直接的機(jī)會，但Brandl博士認(rèn)為，聚合物增材制造也需要大幅降低成本才能獲得采用。他說：”如果我們把它與注塑成型相比，增材制造零件的價格需要降低100到200倍。一些優(yōu)化可以通過改進(jìn)工作流程和自動化來實(shí)現(xiàn)，但即便如此，它離大規(guī)模生產(chǎn)水平仍然非常遙遠(yuǎn)。”
最后，Brandl博士表示：”這不是奧迪能單獨(dú)做到的，這也正是該公司作為合作伙伴加入增材制造TC會議和作為創(chuàng)始成員加入巴伐利亞增材制造集群的原因。”我們需要建立強(qiáng)大的伙伴關(guān)系和網(wǎng)絡(luò)，以解決增材制造的所有這些限制，在我們過渡到汽車行業(yè)的新時代時，我們需要建立在德國和歐洲在增材制造行業(yè)的領(lǐng)先地位。”
