特斯拉悄然取得突破，3D打印砂模或将重塑汽车制造业
根据路透社，特斯拉 (TSLA.O) 结合了一系列创新技术，取得了技术突破，可能会改变其电动汽车制造方式，并帮助埃隆·马斯克实现将生产成本减半的目标，该公司率先使用锁模压力为 6,000 至 9,000 吨的大型压力机，通过“超级铸造”工艺来制造 Model Y 的前后结构，从而大幅削减了生产成本。
根据未来智库，具体而言，一体压铸技术将取代传统汽车制造中最为耗时繁琐的冲压和焊装环节，使用 6000T 及以上 吨位的超大型压铸机，将原来需要组装的若干个铝合金零件，直接压铸成完整的大型零部件，标志着汽车制造工艺迎来颠覆性革新。
汽车3D打印发展路线图
© 3D科学谷白皮书
一体压铸
根据 2019 汽车轻量化大会内容，若纯电动汽车整车重量降低 10%，则平均续航里程将增加5%-8%。所以通过轻量化方案提升新能源汽车续航里程成为热点技术路线。据悉，降低整车重量，特斯拉悄然取得突破，重心在如何设计和测试大型部件的巨型模具以进行大规模高压铸造生产，以及如何通过制造带有内部肋的空心副车架来减轻车体重量并提高耐撞性。这其中，3D打印砂模或将重塑汽车制造业。
根据未来智库，特斯拉一直在探索通过一体化压铸减少制造复杂性，降低成本，减轻车身重量。此前，2019 年 7 月，特斯拉公布新专利“汽车车架 的多向车身一体成型铸造机和相关铸造方法”，通过将不同凸压模具移动至铸造机中央的铸造区，实现不同部 件的铸造，在一台机器上完成绝大多数的车架铸造工作，这是一体压铸首次出现在大众视野中。
根据2020特斯拉电池日，特斯拉计划推动汽车车身一体化结构的设计，一体压铸下车体总成与电池包更好地结合，能够实现整体减重10%，续航里程增加14%，提效降本效果明显。根据未来智库，传统汽车车身制造采用钣金冲压+焊接工艺，一辆车身由 500余个零部件组成，全车焊点共计4000-6000 个。2020年9月的电池日上，特斯拉宣布Model Y 将采用一体式压铸后地板总成，相比原来可减少 79 个零部件， 焊点大约由700-800个减少到50个。2022年4月开始交付 ModelY 的德州超级工厂也采用一体化压铸工艺，可将前后地板零部件数量从171个减少至2个，焊接点数量减少超1600个。此外，特斯拉计划采用车身前地板、CTC 电池包上盖与车身中地板、车身后地板替换由370个零件组成的整个下车体总成，有望进一步简化车身制造工艺。
3D打印的机遇与挑战
据悉，特斯拉正在与voxeljet-维捷合作，当然，特斯拉并非是将粘结剂喷射3D打印砂型的技术引入到汽车行业的第一家企业，早在几年前，宝马就采用了这一3D打印技术制造S58发动机缸盖的铸造砂芯，以满足轻量化以及热管理性能的需求。汽车是铸造最大的应用市场，而3D打印与铸造的结合可以说是具有从产品设计源头上颠覆汽车零部件设计的潜力。
汽车3D打印着力点
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随着3D打印与铸造的结合，铸造作为产品“诞生”的“源头”，其决定产品核心竞争力的价值将显现，这个行业不再被误读为“傻大笨粗”，而是成为企业发展核心竞争力的体现，因为3D打印可以从源头决定一个产品的创新程度，很多大型企业将改变将铸造外包给铸造厂的模式，而是将铸造将作为核心关键的一环纳入到企业内部的生产运营中，这个过程中或将发生铸造厂和3D打印企业被汽车企业并购的现象。
不过，将3D打印的砂型用于汽车领域的大型部件制造是充满挑战的。相较于其他铸造工艺，高压铸 造生产效率较高，模具可反复利用，一次成型程度较高，可生产薄壁复杂铸件和高精度、高光洁度 铸件，但不可避免的是铸件内部气孔、铸件断面组织及力学性能变化较大。根据3D科学谷的了解，汽车底部的副车架通常是空心的，以减轻重量并提高耐撞性。目前，它们是通过将多个部件冲压和焊接在一起而制成的，中间留有空隙。
为了铸造具有空心的副车架作为一次超级铸造的一部分，特斯拉计划将由粘结剂喷射3D打印的实心砂芯放置在整个模具内。但是，尽管3D打印设计过程和实现大型框架的复杂性都带来了颠覆性，但仍有一个主要障碍需要清除：用于生产铸件的铝合金在砂模和金属模中表现不同，通常无法满足特斯拉的耐撞性和其他属性标准。
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据消息人士称，铸造专家通过配制特殊合金、微调熔融合金冷却过程以及生产后热处理克服了这一问题。此外，消息人士称，特斯拉即将推出的小型车给了一个将电动汽车平台连为一体的绝佳机会，主要是因为它的车身底部更简单。
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新技术的着陆点或许是在特斯拉正在开发的小型汽车上，这种车的设计前后没有大的“悬垂”，因为没有太多的设计，譬如引擎盖或后行李箱。在某种程度上，这种车就像一艘船，“船舱”是电池和底盘，两端附有“小翅膀”。
然而，如果特斯拉决定将车身底部铸造成一体，那么特斯拉仍然必须决定使用哪种千兆压力机，而这一选择也将决定汽车框架的复杂程度。知情人士称，为了快速冲压如此大型的车身部件，特斯拉需要新的更大的千兆压力机，其锁模力达到或超过16,000 吨，这将带来高昂的价格，并且可能需要更大的厂房。
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然而，使用高夹紧力的压力机存在另外的问题，即它们无法容纳制造空心副框架所需的3D打印砂芯。知情人士表示，特斯拉可以通过使用不同类型的压机来解决这些障碍，这种压机可以将熔融合金缓慢注入，这种方法往往会生产出更高质量的铸件，并且可以容纳3D打印砂芯，但这个过程需要更长的时间。
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根据《看如何提供新能源汽车交钥匙解决方案(3d打印&智能制造)》一文，制造领域特约专家胡劲宏曾分享过通过创新的3D打印砂型模具技术在3-5天内实现从模型到产品，也可以通过创新的工艺、夹具、刀具以及整线自动化设计，实现新能源车关键零部件的柔性、高效生产。
(责任编辑：admin)
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