特斯拉正与多家3D打印砂型铸造公司合作——电动汽车更便宜的关键

  2020年，特斯拉推出了一体化压铸车身成形技术，采用该技术的ModelY后地板总成由79个部件合并为一个，焊点由700-800个减少到50个。一体压铸的后地板总成不需进行热处理，制造时间由传统工艺的1-2小时缩减至3-5分钟，整体制造成本下降40%。同时，特斯拉宣布将应用2-3个大型压铸件替换由370个零件组成的整个下车体总成，重量可逐步降低10%，对应续航里程可增加14%。

  很明显，一体化成形技术使新能源汽车制造实现了降本增效和轻量化，因此非常关注。3D打印技术参考注意到，外媒近日揭示了特斯拉的铸造创新实际上集中在了砂型3D打印上，而且该公司正在与多家从事该技术的公司合作。

  特斯拉取得的突破集中在如何设计和测试如此大部件的巨型模具以进行大规模生产，以及铸件如何将带有内部肋的空心副车架结合起来，以减轻重量并提高耐撞性。根据路透社的详细文章，到目前为止，汽车制造商一直回避铸造更大的结构，铸造1.5 平方米或更大的零件能大大的提升效率，但成本昂贵，并带来无数风险。

  对于传统的金属模具，仅仪表板模具的成本就在10万美元到15万美元之间，而保险杠模具的成本可能在5万美元到10万美元之间。发动机部件模具的起价约为2万美元，最高可达8万美元或更高，具体取决于复杂程度和材料。

  而一旦制作出大型金属测试模具，设计过程中的机加工调整一次可能会花费10万美元，或者完全重做模具可能会花费150万美元。一位专业技术人员表示，大型金属模具的整个设计过程常常要花费约400万美元。此外从噪音和振动、装配和表面处理、人体工程学和耐撞性的角度来看，在大多数情况下要六次甚至更多的调整才能获得完美的模具。

  马斯克从一开始的愿景就是找到一种将车身底部铸造成一体的方法。而如此高的成本使得特斯拉对3D打印砂模的探索成为汽车制造业潜在的革命性发展。

  相比之下，3D 打印砂模提供了灵活性更好且更具成本效益的解决方案。工程师能够正常的使用数字设计文件和3D打印机轻松修改设计，并能在数小时内以极低的成本打印出新的砂模。使用砂型铸造的设计验证周期仅需两到三个月，而金属模具原型则需要六个月到一年。从噪音和振动、装配和表面处理、人体工程学和耐撞性的角度来看，在大多数情况下要六次甚至更多的调整才能获得完美的模具，3D打印无疑能更快速的创新和调整设计方案。

  路透社称，砂型铸造的设计验证过程的成本（即使有多个版本）也是最低的——仅为金属原型的3%。

  从事粘结剂喷射3D打印技术开发的知名厂商Desktop Metal在其官网展示了其已为多个全世界汽车品牌提供服务——包括特斯拉、宝马、雷诺、大陆和福特——其中许多品牌使用该公司的技术来3D打印最终用途汽车部件。2021年12月-2022年11月，该公司从同一家德国汽车制造商获得了总价值1690万美元的粘结剂喷射3D打印系统订单，并特别指出是用于“数字铸造”。这家德国汽车制造商，普遍被认为是宝马汽车。

  而在2022年的古德伍德速度节上，奔驰展示了一款名为VISION EQXX的概念车。它在2022年6月的一次真实道路续航实验中，实现了1次充电续航1202公里，平均百公里电耗8.3kWh的记录。这款车型引起汽车行业广泛关注，3D打印技术参考注意到，VISION EQXX大量使用了轻量化的技术和材料。

  其中，VISION EQXX的整个后副车架将70多个部件整合为一个单一的、仿生、优化结构铝铸件。为了生产梅赛德斯有史以来最大的铝铸件，该公司使用了一个巨大的3D打印砂模，该砂模据称使用了企业内部的voxeljet粘结剂喷射3D打印机制造。其他部件如悬挂支架，也是由3D打印模具铸造而成。

  该整体化的后副车架由奔驰内部开发，使用了完全数字化的技术和软件方法，在汽车行业中是完全独特的，结果是在可用的紧凑空间内实现了最佳功能，并在短短四个月内完成了这一单体大尺寸零件铸造。

  最重要的结构标准是具备极高的刚度和出色的碰撞性能，一体式铸件的优点是将功能集成在一个极其轻量化的单个组件中，而不是将多个零件组装在一起。除了后副车架铸件外，VISION EQXX中的另一个一体式铸件是减震器圆顶，它是容纳汽车前部的悬架组件。与后副车架铸件一样，该零件也有助于将重量保持在最低限度，与传统的压制圆顶相比减轻了约4公斤。

  根据自然原理设计的结构铸件，也被梅赛德斯-奔驰注册为BIONICAST商标。

  这些应用案例以及数据分析证明，铸造砂模3D打印技术对于汽车行业一体化制造，无论是从新车开发还是批量制造的角度，都有着极大的好处。虽然这项技术已在多年来获得了应用，但头部的汽车制造商无疑正在对未来的汽车制造提出新的要求，粘结剂喷射砂模3D打印也将有更多的潜力可以挖掘。

  国内知名的从事砂型、金属和陶瓷粘结剂喷射3D打印技术开发的峰华卓立公司指出，粘结剂喷射砂型3D打印被广泛认为是用于功能精密零件批量生产的最快增材制造解决方案，铸造行业使用该技术可快速制造出复杂的金属零件，并用于航空航天、汽车和能源行业。

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