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汽車產業是一個龐大的生態群,汽車產業的發展對於推動製造技術的發展有著至關重要的作用。汽車產業與3D列印技術之間也存在著同樣的互動關係。一方面,3D列印零件的尺寸越來越大,可列印汽車零部件的金屬材料、復合材料逐漸豐富等發展趨勢推動著汽車製造商的3D列印應用;另一方面,汽車製造商與3D列印廠商共同開發和驗證3D列印設備,促進了3D列印技術的發展。
福特汽車(Ford)就是其中一家與3D列印行業的合作緊密的汽車製造商。根據3D科學谷的市場觀察,最近,美國數字光合成(DLS)3D列印技術公司Carbon展示了為福特汽車生產的第一批3D列印零件。
部分替代註塑的3D列印技術
福特和Carbon共同展示的這批3D列印部件包括:福特福克斯空氣調節系統HVAC的杠桿臂零件,福特猛禽F-150的輔助插頭,以及福特野馬GT500電子駐車制動器支架。
3D列印駐車制動支架,圖片來源:Carbon.
根據3D科學谷的市場研究,福特公司早在1988年就購買了光固化3D列印機,成為最早採用3D列印技術的公司之一。福特不僅建立了3D列印原型製造中心,更是與3D列印企業合作研發適合汽車製造業的3D列印材料和設備。
福特福克斯空氣調節系統HVAC的杠桿臂零件,圖片來源:Carbon.
2015年,福特開始與Carbon合作。隨後,福特在密歇根州Redford建立了先進製造中心,為福特野馬眼鏡蛇ShelbyMustangGT500跑車配備3D列印部件。福特的Redford先進製造中心集成了3D列印,協作機器人(cobots),數字製造和增強現實。
福特猛禽F-150的輔助插頭,圖片來源:Carbon.
Redford先進製造中心擁有來自10家不同增材製造公司的23台列印機,包括Stratasys,HP和EOS的設備。根據2017年福特宣布的一項45億美元的五年高級製造計劃,福特Redford先進製造中心作為該計劃的一部分,正在履行福特的戰略,是未來的工廠的寫照。
Carbon的數字光合成(DigitalLightSynthesis™,DLS)技術是福特採用的其中一種3D列印技術,使用的材料是EPX(環氧樹脂)82。DLS技術是通過連續液體界面生產(CLIP)做到的。該工藝使用數字光投射,透氧光學元件和可編程液體樹脂,製造出具有「優異機械性能,分辨率和表面光潔度」的零件。EPX(環氧樹脂)82已通過了福特嚴格的性能標準測試,包括:室內風化,短期和長期熱暴露,紫外線穩定性,流體和化學耐受性,易燃和霧測試等。
3D科學谷Review
Carbon的聯合創始人兼CEOJosephDeSimone博士在談及與福特的合作時曾表示,與福特的合作使他們獲得更多的機會去推動數字化技術(3D列印)製造與註塑性能相當甚至是超越註塑性能的汽車零部件。
那麼,3D列印與註塑競爭的可能性有多大呢?無疑,註塑工藝的優勢在於大批量,而3D列印的優勢在於小批量或者是用於非常複雜的設計。目前,要替代掉註塑工藝,3D列印的發展空間要麼是小批量簡單設計,要麼是大批量非常複雜的設計。3D列印技術要想在小批量簡單產品的生產工藝上取得一席之地,就需要在列印價格方面更便宜。3D列印技術要想在大批量複雜產品的生產工藝上獲得比註塑工藝更大的優勢就需要列印速度更快。
根據3D科學谷的市場觀察,除了Carbon的DLS技術,旨在與中小批量註塑技術展開競爭的3D列印技術還包括惠普的多射流熔融3D列印技術,voxeljet-維捷的高速燒結技術,EOS即將投入市場的LaserProFusion技術,以及Evolve的STEP技術。
不過,推動塑膠3D列印技術進入生產領域的將不僅僅是設備廠商,材料方面像陶氏化學公司,巴斯夫,帝斯曼和沙烏地基礎工業這些大企業一直在幕後研發他們用於3D列印領域的新材料技術。與福特建立塑膠零件生產合作的Carbon也擁有針對應用開發新材料的技術實力。