3D 打印在电动汽车制造中的作用

随着时间的推移，社会不断演变和适应新的变化。同样的现象也可以在技术领域看到，仅仅十多年前，我们还无法想象今天我们手头上的技术。这在我们的日常生活中得到了体现，从新发明如“空气炸锅”或带有面部追踪功能的无人机以制作视频报告，到现有技术的进步如5G或3D打印。但是，近年来我们越来越习惯的一个特别的进步，那就是电动汽车（EV）。

这些类型的汽车、摩托车甚至是厢式货车在我们的生活中越来越突出。它们低排放以及加满一箱油的成本等因素，对消费者来说很有吸引力。实际上，今天，全球道路上有很大一部分汽车是混合动力或电动的。正如我们一开始提到的，技术不断演进，这就是为什么3D打印已经开始被一些品牌在电动汽车的制造中应用。

为什么使用电动汽车？

人们选择购买电动汽车而不是汽油或柴油汽车有几个原因。一方面，有些司机决定采取行动，为环境负责。我们都知道，电动汽车的排放为零，所以这类司机能够直接为可持续性努力做出贡献。另一方面，有些人考虑自己的口袋。一辆电动汽车是一笔大的初期投资，但从长远来看，鉴于使用EV（电动汽车）所需的低成本，这是非常有利可图的。最后，还有一些人因为种种限制等原因被迫购买这类汽车。

尽管很多人认为所谓的电动汽车的“时尚”不过是空话，但有数据证明这类汽车的使用趋势正在增长。例如，根据Statista的数据，2022年美国的EV市场创下了918,500辆轻型电动汽车销售的记录。这比2018年增加了两倍半。这一趋势还体现在Tesla等品牌的日益普及上，或是像Ford这样的知名汽车制造商在过去几年推出自己的混合动力和EV。

 3D打印在电动汽车的开始

3D打印已经在汽车行业应用了一段时间。除了应用于快速原型制作外，10年前，我们还看到消费者开始采用3D打印制造汽车。这一切始于所谓的制造者，即那些家里有3D打印机并创建自己的家用模型的人们，他们开始为他们的车辆设计小型定制部件。其中一些人加入了小型设计配件甚至是车辆结构的一些小部件。

尽管如此，直到2014年在芝加哥的国际制造技术展(IMTS)上，第一辆完全由3D打印机打印出的汽车才问世。这就是Strati，一辆由Local Motors生产的外形类似海滩越野车的小型两座电动车。尽管这是第一次，但这辆车在全球媒体中几乎没有引起注意。与其他3D打印汽车不同，Strati只有49个部件，并且在不到48小时内打印完成。它的行驶范围也仅略低于200公里，因此尽管有人谈论在2015年进行大规模生产，但它并没有成功。

几年后，即2018年，我们今天所知的XEV YOYO（当时被称为LSEV）被介绍出来。这辆小型车辆由X Electrical Vehicle (XEV)设计，并与Polymaker合作制造，仅需3小时便可打印完成，并且只有57个部件。它于2019年推出，一家曾经的小公司现在在世界许多地方都有经销商，并且每年销售数千辆车。

但如果我们回顾大约五年前，我们会意识到3D打印在汽车世界并没有完全整合。直到那时，一些小型3D打印电动车已经为人所知，如KILO Design或4ekolka。这些技术也被大众或宝马用于车辆的修复，但我们甚至没有梦想到我们今天所达到的成就。

电动汽车兼容的3D打印材料和技术是什么？

今天，许多汽车品牌都在使用3D打印，无论是在特定电动汽车（以及标准汽车）的小部件上，还是在生产线本身上。一些例子包括大众、西雅特、丰田或雷克萨斯，但正如我们所提到的，还有更多。另一方面，3D打印机不是品牌唯一使用的东西，另一个3D技术在汽车工业中应用的明显例子是3D软件、3D扫描仪和测试车辆。

大多数品牌使用一到两种特定技术，如科尼赛克使用的FDM和树脂，或大众使用的HP Metal Jet。这意味着没有一种特定的技术是专门为电动车设计的，但根据你想要使用的应用，你可以选择一种或另一种技术。

此外，就EV增材制造兼容材料而言，制造商最初仅限于使用塑料。但随着时间的推移，兼容材料的范围扩大到包括多种多样。尽管如此，业界最常见的是热塑性材料，如ABS、尼龙或树脂。

上述材料上打印的大多数部件是车辆的非关键部件。这意味着它们不影响车辆的操作或操控。但是，实际上有可能为电动车3D打印安全关键部件。事实上，已经有公司在做这件事。这些部件，与其说是使用聚合物打印的，不如说通常是用金属和合金打印的。其中，最常用的是钛合金和铝合金。

应用与用途

一些制造商已经意识到，3D打印部件不仅生产速度更快，成本低于传统方法，而且还同样耐用。这些打印部件正在经受严苛的测试，以了解它们的极限，从而将它们纳入车辆生产中。无论是金属、塑料还是陶瓷打印的部件，它们都必须经过严格测试。最初，大多数公司都对将3D打印制造的部件引入到他们的车辆中持谨慎态度。随着时间的推移，这些部件的坚固性、鲁棒性和耐用性已经变得显而易见。

事实上，今天，已经有许多品牌在他们的汽车中引入了这些技术制造的部件。像大众这样的品牌，有多达13种不同的汽车型号采用了3D打印部件，无论是金属还是塑料。实际上，根据大众的首席技术官斯特凡·莱斯特博士的说法，“3D打印部件和传统方法制造的部件一样坚固。”

这些应用的例子包括车辆装饰如仪表盘、座椅框架、控制面板、通风口和冷却管道、照明装置、盖子和控制台配件。此外，关键的车辆部件如安装支架、外壳、双叉臂悬挂和刹车组件也开始进行3D打印。

雷克萨斯提供了一个明确的例子，在2023年底，它宣布在其新版LEXUS LC500运动车中，将使用3D打印技术制造AT油冷器管道。最初，对于这款混合动力超级跑车的项目提出了疑问。事实上，雷克萨斯的车身设计师大友智宏指出，“两个主要问题是，考虑到小批量生产，成本是否可行，以及如何确定用3D打印机制造的部件的质量。”最终，经过严格测试，该项目获得批准，并且在2024年我们将看到装有3D打印部件的LEXUS LC500上路。

我们在电动或混合动力汽车中看到3D打印的另一个场景与著名的超级跑车品牌科尼赛克有关。这个品牌在其车辆中使用FDM和树脂3D打印机制造成千上万的部件。所有这些都借助于3DPrinterOS软件。科尼赛克的创始人兼导演克里斯蒂安·冯·科尼赛克在蒙特雷汽车周的Quail活动中指出，他们制造了自己的树脂，但其销售并不向公众开放。他补充说：“我们正在打印电子控制器的外壳、喷气口下的喷嘴、鳍片，这些东西都是在高温下打印的。”

使用3D打印技术制造电动汽车的好处和挑战

正如我们已经提到的，自从3D打印技术被引入汽车工业以来，电动汽车中的3D打印已达到一个高峰。许多公司利用这些技术来创建原型，就像新款CUPRA那样，或者仅仅是为了以更低成本设计现有车辆的零件。正如CUPRA工程总监Dr. Werner Tietz所说：“3D打印让我们能够快速且成本有效地创建原型，这有助于我们简化开发过程。”

此外，对于原型而言，使用增材制造的生产成本也比传统方法低得令人印象深刻。同样，就生产时间而言，3D打印提供了传统方法之前从未梦想过的优势。

同样值得一提的是，许多品牌都在使用这些软件进行车辆设计以及车辆控制单元的运作。例如，MG Motors今年将在其新款MG Coupé型号中使用Snapdragon来控制车辆的各种功能。就3D制造测试车辆而言，成本大大降低，因此测试它们成为了一项成本更低的任务。Tesla就是一个例子，它的汽车是在沙粘结喷射的帮助下被创造出来的。

增材制造为电动汽车行业带来的另一个巨大好处是定制化。工业4.0技术，如3D打印，为电动车的创造和设计提供了几乎无限的可能性。这就是为什么几家公司已经提供这些可能性。我们听说了很多关于XEV的信息，它向公众提供了上述的YOYO模型。我们谈论的是一辆汽车，由于3D打印，提供了多种可定制设计。另一个例子是Toyota Ubox概念车，它承诺将是一辆可定制的汽车，但这一概念尚未完全开发出来。

尽管有许多好处，但汽车增材制造行业存在一些挑战，这些挑战阻碍了它的演变和发展。这包括人力，因为要设计和生产3D部件，需要专门从事汽车的CAD设计师以及机器技术人员等人员。但是，虽然今天这两个领域的专业人才确实短缺，但越来越多的人正在为这些职业学习。

知识产权盗窃是EV增材制造面临的另一个主要障碍。复制部件而无法申请专利已成为行业的常态，保护世界其他创造者设计的法律匮乏，这就是为什么许多品牌和公司对开始电动汽车3D打印的职业生涯持谨慎态度。这甚至是标准车辆的问题，正如我们几年前看到的Honda禁止3D可打印文件一样。

我们刚刚解释的这两个挑战仅仅是新技术进入市场所面临的众多挑战中的两个。还有其他问题，例如部件大规模生产的速度，因为有些部件仍然可以通过传统方法更快生产。虽然我们之前讨论过3D打印部件的快速创建速度，但这通常指的是小系列组件、原型或单个部件。当涉及到大规模生产时，情况就完全不同了。大型部件的创建也是一项增材制造目前还很有限的任务。随着时间的推进，我们希望所有这些挑战将成为过去，3D打印在电动汽车行业的应用将取得进步，并确立一个新的里程碑。

那么，3D打印电动汽车的未来将会怎样呢？

我们已经讨论了3D打印电动汽车的过去和现在。但是，这个领域的未来将会如何呢？一般来说，有许多猜测，但如果有一件事是确定的，那就是遵循我们在过去十年观察到的轨迹，我们知道它将继续增长。这一点通过一些品牌为2024年确认的涉及增材制造技术的项目得到证明，就像Liux、Seat或Cupra这样的品牌。

另一家也希望在这一领域取得进一步进展的公司是德国大众汽车。他们目前正在努力引入电动汽车中的3D打印技术。其中包括更具运动风格的越野版本ID.4 GTX EV，称为ID.4 XTREME，这是一款增材制造在其设计组件中发挥非常重要作用的电动汽车。

上述提到的品牌中还有Liux。这是一个起源于西班牙的品牌，旨在彻底改变电动汽车行业。经过多年开发不同的项目以将几款汽车推向市场，似乎公众不久将能够享受到它们。在其三款可能的汽车中，最突出的是Liux Animal，这是一款将使用可持续材料如亚麻并且将通过3D打印制造的电动汽车。

未来将会怎样，目前还未知，但明确的是，我们迄今为止所见证的只是汽车工业新时代的开始。特斯拉和SpaceX的CEO埃隆·马斯克提到EV时说：“3D打印汽车是向着交通行业更可持续、更高效未来迈出的重要一步。”福特汽车公司CEO吉姆·哈克特的话再次明确了这个领域中3D打印的好处：“3D打印的电动汽车有潜力彻底革新汽车工业，创造出更轻、更高效、更可持续的车辆。”

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TCT Asia 2024

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