【分析】3D打印將如何改變電動汽車和交通運輸行業？

發表時間：2022-08-22 10:07

　　隨著 3D 打印進入電動汽車（EV）市場，交通運輸行業或將迎來一場大的變革。與傳統汽車行業和其他交通領域相比，電動汽車（EV）制造商似乎更容易在生產過程中引入增材制造（AM）技術，這是因為增材制造帶來的眾多功能和復雜幾何形狀成形的諸多可能性。

　　在汽車行業，對于那些真正的大眾市場汽車、內燃機等已經生產了很長時間的東西，汽車制造商已經建立了非常完善的供應鏈，他們知道在哪里可以獲得沖壓件、注塑件或鑄件，所以增材制造技術難以打進傳統汽車制造的市場。
　　電動汽車（EV）行業則代表了一個新的機遇平臺，它擺脫了內燃機、發動機、油箱等傳統汽車零部件的制約，你更多需要考慮的是像大型電池組的冷卻系統一類的東西。因此，增材制造在電動汽車領域開始看起來更具吸引力，也提供了更多的發展空間。當你試圖擴大這些車輛的續航里程時，輕量化變得非常重要，而且你可能不會被那些傳統的供應鏈所束縛。另一個有趣的事情是，電動汽車市場上也有很多初創公司進入這個市場，它們也并沒有任何傳統燃油汽車的制造經驗。

　　3D打印金屬部件在電動汽車上的應用
　　金屬 3D 打印汽車零件最著名或最著名的例子是GM公司打印的座椅支架。2019 年，通用汽車與 AutoDesk 合作開發了這種生成式設計的金屬 3D 打印座椅支架，它的重量減輕了 40%，強度提高了 20%，并且將八件式組件整合為一個零件。
　　保時捷工廠車手和賽車隊創始人羅曼杜馬斯在達喀爾汽車拉力賽上駕駛的汽車上也有用到3D打印零件，他們讓 AddUp 的子公司 Polyshape 3D 打印汽車的一些零件。他們有一個 3D 打印的杠桿，其質量比原來的少 60%。由于 3D 打印設計，他們能夠將電纜嵌入杠桿中進行一些組裝整合。他們還 3D 打印了汽車的踏板，因此它們也更輕，比原件輕 42%。他們所做的另一件有趣的事情是，他們使最常用的踏板剎車比其他兩個踏板更堅固，并且他們還放置了一個特殊的表面 3D 打印表面，可以增加踏板和駕駛員腳部之間的抓地力，以防止滑倒。最后一個部分是 3D打印的排氣球接頭，可防止排氣管波紋管在比賽中破裂或著火。
　　越野摩托車制造商Cobra Moto今年發布了他們的第一輛電動自行車，他們有一臺金屬打印機，最近又添加了一臺 Multi Jet Fusion 打印機。該公司的電動自行車看起來與前幾代的自行車很相似，只是上面的部件由3D 打印制造。越野摩托車上的油箱被3D 打印的空氣分流器替代，它被用來引導空氣來冷卻電機。這款車型上面還有各種其他 Multi Jet Fusion 部件。
　　3D打印固態電池與電動汽車
　　Sakuu 公司是一家從事3D打印電池開發的公司，他們正在開發用于固態電池的 3D 打印平臺，用于代替鋰離子電池?，F在鋰離子電池是電動汽車中最常見的電池類型，但它們也有一些缺點，主要問題是它們的液體電解質如果損壞或過熱容易著火，所以很明顯一個安全問題。因為這些電池存在這種風險，所以它們周圍有這些安全系統來降低風險，這在已經很重的電池之上增加了額外的重量。事實上，鋰離子電池需要相當大的數量才能為整輛汽車供電。因此，固態電池是可能的，它使用固體電解質而不是液體，但事實證明它們很難制造。
　　Sakuu 營銷和業務發展副總裁戴夫·彼得森（Dave Peterson）將固態電池描述為三明治或夾層蛋糕，陽極和陰極之間有固體電解質。但挑戰在于使用的是非常薄的材料，如20 或 30 微米厚。而且你很難知道，處理它并確保你知道的表面正在接口并且它們正確接觸。所以，Sakuu 正在開發一個平臺，該平臺可以 3D 打印固態電池并構建它們，以便所有層都能正確連接，而且您不需要處理薄薄的材料。為了做到這一點，他們開發了一種名為Kavian的多材料、多工藝 3D 打印平臺。它結合了用于更大區域的粘合劑噴射型工藝，然后是用于更精細細節的材料噴射。它可以在單層中制作一大堆材料，如陶瓷、玻璃、金屬和聚合物。最大的挑戰之一是材料兼容性。公司必須做很多工作來確保所有材料從印刷到燒結都可以協同工作。好處之一是將所有這些流程組合到一個平臺中可以加快生產速度，特別是因為它們可以同時并行運行一些流程。因此，這對于汽車行業的大批量生產至關重要。而這一切仍在開發中。而且我還認為，看看這個平臺除了電池還能用于什么方面會很有趣，因為它是多工藝、多材料、3D 打印，并且有很多廣泛的應用。
　　　photocentric公司是另一家從事于3D 打印電池開發的公司，他們專注于數字光處理（DLP）技術。該公司通過使用特殊樹脂與粉末狀電極材料混合，從而進行打印。你可以制造一個可能與現有電池大小相同的電池，但它的功率更大，范圍更廣。3D 打印汽車電池的另一件挑戰是這些電池組占用了大量空間。如果可以通過 3D 打印制作它，可以造出不同的形狀，或者它的配置方式可以為貨物或腿部空間留出更多空間。
　　增材制造和電動汽車的未來發展趨勢
　　Extol公司是一家位于密歇根州西部的汽車制造商，致力于推動3D打印在電動汽車行業的應用是他們公司服務的重要組成部分。談及3D打印在汽車零部件的制造方面，該公司的高級應用和銷售工程師 Andrew Roderick 評論說：“車輛設計周期變得越來越快、越來越短。就像過去汽車制造商可能需要四年時間來設計和發布一輛新車一樣，現在這個周期縮短到兩年左右，這就是電動汽車的發展模式。”
　　隨著電動汽車的發展，對鋁合金零部件的需求也大幅度增加。AlloyEnterprises 公司開發了一種名為選擇性擴散粘合的工藝，這是一種鋁片層壓形式。鋁合金材料既堅固又輕巧，它的強度重量比是鋼的兩倍，而且無限可回收，非常適合汽車零部件的制造。但就鋁的增材制造而言，并沒有真正的工藝專為鋁材設計。所以他們開始研究這個問題，他們決定放棄鋁粉打印的模式，并發明了這種新穎的鋁原料，使用與鋁箔和汽水罐相同的鋁軋制工藝。Alloy Enterprises 公司采用這種原料，進行激光切割，在材料的某些區域涂抹抑制劑以形成支撐物，將片材堆疊起來，粘合它們，然后去除支撐物取出零件。該工藝可廣泛應用于電動汽車部件制作上，如外殼、電子設備、帶有冷卻通道的部件和邊緣模塊化部件。
　　為了更進一步地接觸到汽車客戶，GKN Additive公司在靠近底特律地密歇根州奧本山開設了一個新工廠，該設施所做的大部分工作就是增材制造電動汽車零件。GKN 是一家擁有非常悠久的金屬零件生產歷史的公司，主要是沖壓和燒結以及 MIM、金屬注塑成型，但幾年前，他們收購了位于加利福尼亞的 Forecast 3D，例如，擁有大量 HP Multi Jet Fusion 打印機的合同制造商或服務機構，所以他們非常了解聚合物增材制造。
　　增材制造擁有縮短制造周期、一體化定制的制造能力，也許它進入傳統汽車市場確實會受到一定的限制。但是南極熊認為，增材制造在電動汽車領域將會開啟無限的可能性。未來，它不僅會改變制造座椅支架和電池的生產方式，也將改變這些車輛制造零件模式，以及制造的車輛類型。

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