Droog Moto 014越野摩托车起售价为45,000美元

Droog Moto对创新的执着追求，以及对每台摩托车进行个性化定制的服务理念，使得原型制作成为其业务流程中的核心环节。缩短原型制作时间不仅意味着显著的成本节省，还能加快产品从概念到市场的转化速度，进一步巩固其在定制摩托车领域的领先地位。

1.原型开发周期长：传统的原型制作方法耗时较长，相较之下，3D打印技术显著缩短了这一过程。Droog Moto的联合创始人Max Droog表示：“我们不喜欢太多的等待时间，尤其是在努力跟上进度并开发新组件时。”

2.高性能材料的打印限制：摩托车所需的组件既要坚固又要轻便，因此需要使用如碳纤维等高性能材料。然而，碳纤维的3D打印速度通常较慢，难以满足快速开发的需求。

3.小批量生产的成本效益：对于小型企业而言，在快速原型制作和小批量生产终端部件的需求下，平衡生产成本仍然是一大挑战。

为应对这些挑战，Droog Moto选择了 Raise3D Pro3 Plus HS 打印机。该设备专为处理复合材料设计，能够以高达 300 mm/s 的速度打印。

支持碳纤维材料在内的多种高性能复合材料，如Hyper Core 速聚芯™ 系列 ABS CF15/PPA CF25等，可以实现高性能工程塑料连续生产。这在制造强度高且轻量化的摩托车部件方面至关重要！

Droog Moto将 Raise3D Pro3 Plus HS 集成到其原型制作和开发过程中，其高速打印能力使原型的快速迭代成为可能。使用专为 Hyper FFF® 技术定制的 Raise3D Hyper Speed PLA 材料，保证了打印的速度和原型质量。

相比其他3D打印机，Raise3D Pro3 HS系列的300 mm/s 打印速度显著缩短了制作时间，Max Droog表示，“这比其他打印机快了大约四倍，尤其是在打印碳纤维材料时。”

Raise3D Pro3 HS 的高速碳纤维打印能力使Droog Moto能够生产符合摩托车性能标准的终端部件，如外壳、过滤器及其他机械和美观组件，完美满足了摩托车部件在强度与轻量化方面的双重需求。

Droog Moto成功利用 Hyper Core ABS CF15 材料打印了摩托车的终端磁性盖。Max Droog表示：“该部件的磁性插入孔位精准无误，质量也完美无瑕。相比传统ABS打印需要降速，通常每秒只能达到40到50毫米，Pro3 Plus HS 以其高效性轻松完成了这一任务。”

Raise3D Pro3 HS 系列的应用为Droog Moto的摩托车生产带来了全面的效益，无论是在原型开发还是终端部件制造上，都展现出了其卓越的性能。

• 提高生产效率：Raise3D Pro3 HS 系列的高速打印技术显著减少了Droog Moto原型制作的时间和成本，加快了产品开发流程。其接力打印功能支持连续打印高达5kg材料而无需中断生产，从而提高生产效率并减少人工需求。

• 灵活生产能力：Raise3D Pro3 HS 系列优化了复合材料打印，使得单一设备能够灵活应对从原型到终端部件的生产需求。随着高性能材料的不断推出，Pro3 HS 系列进一步拓宽了其在高端制造领域的应用，为用户提供了更广阔的创新空间。

• 尺寸精度与高速打印两者兼得：Raise3D Pro3 HS 系列在保持高速打印的同时，并未牺牲尺寸精度。其 Hyper FFF® 技术结合高流量热端和主动减震算法，使得打印机能在300 mm/s 的速度下稳定工作，而闭环步进电机则加强了挤出机的控制精度。

新型打印平台的均匀磁力附着力减少了模型翘曲，优化的光轴结构和坚固的全金属框架进一步提升了稳定性和定位精度，共同确保了打印件的高质量。

随着3D打印技术的不断进步，Raise3D Pro3 HS 系列预计将在摩托车行业中扮演越来越重要的角色。从快速原型制作到终端用途部件的生产，Raise3D 的技术将持续推动摩托车行业的创新与效率提升，为行业带来更加广阔的发展前景。

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3D打印带来的数字化，让人类第一次能够产生真正的经济净收益门槛：通过将客户行为与生产者行为同步，以需求为导向，从生产过剩转向需求驱动的生产。

3D打印是一种带有鲜明数字化特征的技术，这意味着增材制造能够改变产品的生产方式是本质性的，不仅可以实现个性化，还可以实现功能化导向的制造。

▲ 3D打印在汽车领域的应用挑战
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 速度与功能性的选择

Speedhut 公司是一家在汽车仪表盘改装市场上崭露头角的公司凭借其高端组件和前沿制造工艺，Speedhut致力于支持仪表盘的个性化定制，为每一位车主提供掌控自己驾驶体验的机会。

从设计、电路到编程和组装，每一项工作都是由 Speedhut 位于犹他州北部的工作室里的工匠们精心制作。Raise3D 的3D打印技术在这一创新过程中扮演了至关重要的角色，彻底革新了 Speedhut 工程师在从原型开发到批量生产的整个高质量仪表盘制造流程。

在 Speedhut 的开发过程中，原型设计是至关重要的一环。Raise3D E2 成为测试仪表组件适配性和外观的重要工具。3D打印零件的高精度使工程师能够更直观地查看产品，这是仅通过数字手段往往难以实现的。

借助大尺寸的构建体积和与工程级材料（例如ABS和碳纤维增强PET）兼容的优势，Speedhut 的工程师能够以无与伦比的精确度将他们的想法变为现实。

Speedhut 工程师 Jonny Wachter 表示：“有时候我们会打印出一个类似仪表圈的东西，让大家亲自感受其实际效果。因为在计算机上的3D环境中很难传达这种感觉。每个人似乎都喜欢亲自感受一下。”

为了高效地提供高质量产品，Speedhut 利用 Raise3D 3D打印机进行小批量生产，这些打印机已被证明是经得起繁忙生产线严格要求的耐用机器。

打印的组件，包括表圈和焊接夹具等表现出色，使用寿命超过一年无需更换。特别是 Raise3D 的 ABS 线材，进一步提升了生产部件的耐用性和可靠性。

Wachter表示：“我原本预计每几个月就需要重新打印很多夹具和固定装置，因为我们的生产线用量很大，但实际上它们的表现非常好。自从我们引入这些工具以来，我已经一年多时间没有重新打印任何部件了。”

Raise3D 3D打印机在速度和多功能性方面表现出色。Speedhut 的工程师发现这些打印机既快速又可靠，使他们能够在紧迫的期限内优化生产时间表。凭借7×24小时不间断运行的能力，这些打印机确保了持续的生产力。

此外，Raise3D 3D打印机兼容多种材料，使 Speedhut 能够尝试不同材料，包括需要高强度、高模量和高尺寸稳定性的 PET CF 线材。Raise3D 3D打印机提供了在多样化制造场景中实现卓越成果所需的灵活性和性能。

除了出色的硬件外，Raise3D 还为用户提供简化的软件系统，便于用户采用新材料、改进切片、安排打印计划和监控打印任务。ideaMaker® 拥有直观的用户操作界面，赋予专业用户更高的自由度。

RaiseCloud 允许 Speedhut 的工程师能够在手机上实时远程控制和监控整体打印条件和状态，并可以连续多任务安排产品，提升项目的打印效率。

Wachter表示：“这是一个很好的程序，非常易于使用。我喜欢它既可以连接云端，还可以连接到我的手机。当我不在办公室时，可以通过摄像头检查正在进行的打印作业，确保一切顺利。”

Raise3D 3D打印机以其精度、速度、耐用性和材料兼容性，成为Speedhut工程师在汽车后市场改装仪表盘创新、原型设计和生产过程中的理想选择。

Speedhut 的成功案例证明了 Raise3D 3D打印机在汽车行业中的巨大潜力。无论是原型设计还是生产线优化，Raise3D 都提供了必要的工具，帮助企业将创新想法变为现实。加入Speedhut等行业领导者的行列，利用 Raise3D 3D打印机的力量，开创汽车行业的新篇章。

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根据公安部交通管理局的统计数据，截至 2023 年底，全国新能源汽车保有量达到 2041 万辆，占汽车总量的 6.07%。仅在 2023 年，就有743 万辆新能源汽车登记注册，同比显著增长 38.76%。

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电池支架作为承载并保护动力电池的主要构件，具备电池系统支撑、散热、防撞、防底部接触等重要功能。它在新能源汽车中属于最为重要的大型部件，在电池组系统里占据关键地位。目前，企业所使用的铝合金电池支架，存在重量大、成本高的严峻问题。再者，这些电池支架需承受重载。然而，铝合金的疲劳性能仅为钢的一半，其弹性模量仅为钢的三分之一，所以在设计层面存在很大的优化空间。

▲3D Systems先进的生成式设计和拓扑优化软件，工程师可以设计具有有机几何形状的支架、连接器和其他部件。

伴随电池组能量密度的市场需求逐步提升，尤其是在新能源纯电动汽车的情境下，车辆总质量降低 10%，电力消耗就会降低 5.5%，续航里程则增加 5.5%，因此我们对于电池组支架开展更多轻量化设计优化的需求愈发迫切。

3D打印技术涉及到运用专门的软件对三维模型实施切片分层，生成横截面数据，而后将其输入快速成型设备。这项技术采用逐层制造的方法来制造实体部件。鉴于这种增材制造手段，3D打印能够高效地生产近乎任何几何形状的部件。其优势涵盖能够处置单件或小批量生产、适应复杂的几何构造，并实现密集的部件组织。凭借3D打印技术的上述优势，其在新能源电动汽车电池组支架开发中的应用，对于加快开发周期以及降低相关成本具备极大的潜力。

周口师范学院机械与电气工程学院的张国庆博士在Scientific reports期刊发表了《Optimization design of battery bracket for new energy vehicles based on 3D printing technology》，在3D打印技术助力下，探究了新能源电动汽车电池组系统的性能强化潜能。

▲论文链接:
www.nature.com/articles/s41598-024-64393-x

 材料和方法

l 设计方法

电池组支架的轻量化策略主要包含轻质材料的应用以及轻量化结构设计的施行，电池组支架的轻质材料应用涵盖铝合金、高强度钢以及复合材料的采用。在众多选择里，鉴于铝合金材料的轻质特质，其成为主流之选。针对于轻量化结构设计，例如碰撞减震、散热、防水、防尘以及绝缘等方面的要素务必予以考量，尤其是在下支架设计方面。就国内纯电动汽车而言，轻量化设计通常涉及降低支架底部的厚度，同时在支架下方融入轻质孔洞来达到预期效果，拓扑优化设计正是基于上述原则。

▲某种电动汽车的电池组系统

l 制造和分析方法

由于此设计旨在开发高性能的轻量化电池支架产品，因此在产品开发阶段属于小批量零件生产的范畴。传统的制造方法，如机械加工、铸造和焊接会极大提高成本，主要依靠3D打印来制造这类复杂零件。为此，使用了联泰科技的Lite600工业高精度3D打印机。

3D打印的支架、外壳和轻量化电池支架需要先表面处理，进行支撑去除，接着用砂纸进行粗抛光，最后用抛光布进行抛光。表面处理过程完成后，将完成的电池组系统组件进行组装以验证配合度。

l 电动汽车下电池托架的强度分析

为便于分析，将设计的下支架模型按比例缩小 0.2 倍。采用 Inspire 软件对下支架进行强度分析。具体的模拟参数如下：导入零件后，单位设置为毫米、千克、牛顿和秒，分析材料为铝合金Al 6061。由于电池支架上的力主要来源于电池，并且此模型中电池的重量约为 100 千克，因此确保电池安装的可靠性十分重要。

因此需要系统且全面地研究电池支架在诸如颠簸道路和急转弯等典型工作条件下的受力情况和变形情况。为了模拟电池支架在颠簸道路条件下的承载能力，在支架底面（Z 轴方向）垂直施加5倍电池重力的表面载荷。考虑到模型按比例缩小，该载荷约为 980 牛顿。固定孔被约束，并选择“更准确”的计算速度/精度进行单载荷分析，同时将分析单元尺寸设置为 5 毫米。

▲电动汽车电池托盘的装载和固定位置

基于前期所述的分析参数设定，将下电池托盘支架的初始模型导入 Altair Inspire 软件开展初始强度分析。经观察可知，下托盘支架的最大位移为1.62 毫米，依据位移分布规律，最大位移出现在电池支架的中心部位。最大米塞斯等效应力为 182.90MPa，体现出存在一些不均匀的应力分布状况，最高应力主要集中在电池支架向上折叠的凸耳部分。此外，最小安全系数大于 1.3，测定的质量值为 0.685 千克，弹性模量为 1.11 MPa，以上各项均满足设计强度标准。鉴于安全系数与弹性模量，在质量减轻方面依旧存在显著潜力。

▲电池载体的受力分析结果：（a）位移云图；（b）应力云图；（c）安全系数。

l 下电池托架的拓扑优化设计分析

为拓展新能源汽车电池托盘下支架的设计潜力，于开展拓扑优化设计之前，预先对电池托盘下支架的轻质孔进行填充可谓至关重要。在拓扑优化改良前后，为下托盘支架设定相同的力分析参数。在 Altair Inspire 软件里，将电池托盘除固定孔以外的部分指定为设计空间，于图4 中以红色凸显，其余部分视作非设计空间，于（a）中以灰色展现。为达成最优的拓扑优化成果，对电池托盘部分实施了形状控制。鉴于该模型的形状特性，设置了对称 + 单向拉出约束。优化目标确立为最大化刚度，质量指标为 30% ，优化的厚度限制为5毫米。

▲拓扑优化参数设置：（a）填充模型；（b）负载和约束设置。

铝合金电池下托盘支架的拓扑优化结果于如下图呈现，从中可观察到托盘在拓扑优化后展现出树枝状结构，诸多区域依旧未相连。即便通过调整平滑结果滑块尝试对这些缺陷予以优化，却发现毫无成效，以致难以执行 PolyNURBS 拟合。再者，鉴于模型本身所固有的复杂性，手动重建亦不可行。正因如此，怎样在保证新能源电动汽车电池组托盘的可加工性之时，切实化解与拓扑优化后模型重建相关的挑战，依然是当前新能源电动汽车电池组托盘轻量化设计的一个阻碍。

▲电池托盘拓扑优化结果：（a）调整前；（b）调整后

l 拓扑优化部件的重建解决方案

基于对拓扑优化后的电池托盘支架结构的进一步分析，托盘支架呈现为树枝状形态，枝干相互交织。传统的逆向重建方法被证明无法取得理想的重建效果。在此研究基础上，相应地提出了一种基于图像的逆向重建方法。该方法包括将拓扑优化后的模型导出为图像，并在其他 3D 软件中运用切割技术去除枝干，保留主干。这种方法以实现拓扑优化模型的可加工性，并在必要时允许重新设计。

为验证该方法的有效性及可行性，将导出的图像和模型同时导入 3D 建模软件 Rhino 6 中进行划线和切割。随后通过布尔运算进行切割，由此可以了解到重建的电池支架结构清晰。支架的下部能够通过冲压制造，而凸耳可以通过铣削或冲压生产。可以使用焊接将支架和凸耳连接起来，以符合企业要求并实现大规模生产。

▲拓扑优化模型的重构：（a）图像和模型的导入；（b）切割线的划分；（c）重构效果。

l 拓扑优化模型的 RecStrength 校准

为便于分析，电池托盘支架的重建模型以 0.2 倍比例缩小。运用 Inspire 软件对电池托盘支架进行强度分析的拓扑优化。具体的模拟参数包括：在导入部件后将单位设定为毫米、千克、牛、秒，并选取铝合金 Al 6061 作为分析材料。作用于电池托盘支架的力主要源自电池，于模型中预估其重量为100 千克。为确保电池安装的可靠性，有必要深入探究电池托盘支架在典型工况（如颠簸道路和急转弯）下的受力和变形情形。

为模拟电池托盘支架在颠簸道路条件下的承载状况，在托盘底面（Z 轴方向）垂直施加相当于电池重力 5 倍的面载荷。鉴于模型的缩放系数为 0.2，该载荷约为 980 牛。载荷于固定孔处受到约束，将计算速度/精度设置为“更准确”，并选择工作条件为单载荷条件分析。

▲电动汽车电池拓扑优化托盘的负载和约束位置

此外，最大米塞斯等效力矩的测量值达 240.7 MPa，相比未开展拓扑优化之时有所提升。不过，底部的分布更为均匀。将最小安全系数设定为 1，符合设计要求。历经拓扑优化后，支架的质量记为 0.348 kg，显著低于未优化前的 0.656 kg，降幅达 50.8%。需要留意的是，在缩放前，支架的初始质量为 85.63 kg，优化后减少了 50.8%，这表明支架的质量减轻了 42.07 kg。模量的测量值为 0.75 MPa，相较于未优化前下降了 67.6%。电池托盘底部的拓扑优化设计意在保证强度与安全性能的基础上降低整体质量，同时保证制造成本处于合理范畴，进而在安全和经济考量之间达成平衡。

▲电池载体的受力分析结果：（a）位移云图；（b）应力云图；（c）安全系数。

l 拓扑优化模型的装配分析

在装配过程中，首先借助 Altair Inspire 软件将几何重建模型导出为“.stp 格式”。而后，把重建模型导入 Rhino 6 软件，在其中用优化后的电池托盘支架替换原始模型的下托盘支架进行装配。在进行全面检查装配冲突后，确认各结构之间不存在冲突。固定支架能通过焊接与电池下托盘支架无缝衔接。另外，电池托盘支架可通过冲压实现批量生产。这种制造方法不但满足企业对可焊性、耐腐蚀性以及抗冲击性的要求，还契合自动化和大规模生产的需要。

▲电池组、托盘和支架的装配效果

 拓扑优化模型的3D打印和装配验证

l 3D打印部件的数据处理

在一定程度上讲，于零件加工里运用3D打印技术能够显著地缩减产品开发周期，并且降低相关成本。在 3D打印流程中，用于放置零件以及添加支撑的各类方法会引发各异数量的支撑和成型层厚度，这或许会对零件生产的质量与效率形成直接作用。更为关键的是，电池包系统零件最初被导入至 Materialise Magics 22 软件之中。具体而言，成型零件与基板间的角度设定为75°，用于尽可能削减特别是在上托盘、下支架和下托盘支架的内部等重要区域过度添加支撑的需求。

对下图中a、b 加以观察，可以发觉3D打印完毕后电池包托盘和支架组件的表面光亮，而且粗糙度较低。确切而言，表面未呈现显著的悬垂熔渣。此外，不存在明显的翘曲或变形缺陷。虽说在固定孔等部分区域增添了一些支撑，或许会对表面光洁度产生一定轻微影响。但仍处于可接纳范围内。其后，把成品零件自基板上拆卸下来，同时开展诸如去除支撑、抛光、打磨、去除表面毛刺以及用酒精清洁等后续处理任务来达成最终的零件模型。

▲3D打印电池包装分析：（a）上托盘；（b）下托盘；（c）下托盘支架；（d）整体组装效果。

如图中c、d 所呈现的组装完成的 3D 打印电池包托盘和支架明确显示，上述两部分彼此紧密贴合，这两部分之间不存在显著的装配矛盾。该观察结果表明，所设计零件的尺寸精确性和对齐程度符合规定要求。

 结论

(1)拓扑优化后的电池托盘支架最大位移为 3.20 毫米，高于拓扑优化前的情况。不过，其改善程度未达预期理想水平。最大米塞斯等效应力为 240.7 兆帕，较拓扑优化前有所升高，然而该应力在底部的分布更为均匀。最小安全系数1 满足设计要求。0.348 千克的质量相较拓扑优化前降低49.2%。拓扑优化后的电池支架最大位移同样为 3.20 毫米，低于优化前，降幅达 49.2%。

(2) 经过几何重构的电池支架结构明晰。支架下部能够借助冲压方式制造，而凸耳能够通过铣削或者冲压工艺予以生产。可运用焊接手法将支架与凸耳进行连接，以此满足大规模生产的需求。

(3) 通过3D打印的电池包托盘和支架部件能够形成具备超低粗糙度的光亮表面。换而言之，在打印表面未能观测到显著的渣块、翘曲、变形或者其他缺陷。在进行组装时，3D打印的电池包托盘和支架验证件相互之间展现出紧密对齐的状态，组件之间不存在显著的装配冲突。

为了增强新能源电动汽车电池包系统的综合性能，后续的实验至关重要。这类实验或许涵盖电池采用高性能冷却水路的3D打印、电池系统抗冲击能力的评定以及其他相关研究。这些举措旨在为优化设计及量产高性能轻量化的电池包系统筑牢根基。

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别人眼中遥不可及的不可能，在他看来却是努力可以实现的准现实，薛蕾身上有一种极强的现实扭曲力，这力量驱使着他敢于跟未来发生拥抱式的真实碰撞，让他高度聚焦并极速迭代，像一个无畏的少年，无比敏锐的向前，一路快速过滤杂音，穿越孤独与挑战。

认识十年，我经常觉得薛蕾是个“初生牛犊不怕虎“的狂人，对于制造的艰难坎坷他并没有那些老牌制造人的阅历，然而他脚踏实地，开辟一片新制造疆土的能力就摆在那里。外人看得出这其中的苦是难以承受与想象的，薛蕾却豁达的将苦咽下，把自己比喻成打铁匠，或许他已习惯于将苦当成甜，从而散发出一种叫做”GRIT”的朝气，而这种韧性不仅仅是薛蕾的，也是铂力特的，更是使得中国制造屹立全球的中国人的“GRIT”。

很多角度去看，薛蕾不懂得什么叫圆滑，十年来，无论我对他的问题隐含着怎样的“不怀好意”，试图敲打出他一出校门就做制造业的天然软肋，然而他总是有着自己的悟性和天生正确的本能，给出简练透彻的回答，这或许是骨子里的现实扭曲力给他塑造出来的与生俱来的确定性。

凡心所向，素履以往，生如逆旅，一苇以航，勇敢的与未来发生真实的碰撞！让制造更简单，让世界更美好。下一个十年，归来仍是少年！

王晓燕 l 创始人l 2024.6

铂力特的GRIT

遇到一个好的机遇，并认真把事情做好

十问铂力特 

▏跨界发问

1问: 特斯拉没有复杂的产品线，简单到地球上的人基本都能一眼看懂，但是通过软件的不断升级可以赋予汽车新的新能，如何看待3D打印设备的发展，会不会有一天一键升级整个车间的制造水平？

薛蕾：硬件的迭代和软件的迭代有一个先后顺序和节奏配合的逻辑，在硬件迭代相对变缓的时候，软件的迭代发力的成分就可以提升，但是要硬件比较稳定，不稳定的话去开发软件，这时候如果软件没开发好，硬件又升级了就不衔接了，节奏上需要匹配。

2问: 传统机床行业存在一个令人惊讶的现象，有的公司并不做创新，有的公司创新的速度非常频繁，然而往往是不怎么创新的公司有现金流，经济下滑的时候反而可以逆袭，将创新的企业收购，将别人上百年的创新成果据为己有，从这个角度，如何看待增材制造领域的竞争？

薛蕾：创新的代价的确很高，稳定与创新之间需要找到一个平衡，创新需要在稳的基础上，设备质量的稳定，现金流的稳定都很重要。

3问: 光伏行业之前经历过一个很大的发展，但后来前期的企业都消失了，如何看待进入到3D打印这样的新技术领域的高风险？

薛蕾：这是必须要接受的痛苦，必然会经历过惨烈的洗牌，市场才能走向更健康的发展，逃避不了只能面对。

4问: 那就是说在日子好的时候就需要准备好过冬？

薛蕾：过冬的准备是每一天的事情，不仅仅是日子好的时候需要准备，每天都要想着怎么过冬，现金流很重要。

5问: 国外有3D打印设备厂商的发展遇到很大的瓶颈，像SpaceX通过他们的技术实现了复杂零部件的生产，火箭一飞冲天，估值也很高，而3D打印设备厂商卖完设备就没什么更多的订单了，如何看待这种“不公平”？

薛蕾：还是需要把设备应用的更广，要想着成本上如何能去跟铸造拼，应用的广了才有企业的生存发展空间。

6问: 为了满足不同的应用会不会出现很多的设备型号？这种越来越复杂的产品线将来怎么发展？

薛蕾：产品线会出现一个发散到收敛的过程，伴随着需求的开拓，市场上不同的厂家会纷纷推出更多的设备型号，而将来又会出现设备型号的收敛，较少的设备型号通过模块化的配置满足不同市场需求。

▏战略与展望

7问: 金属3D打印会不会被限制在航空航天领域？

薛蕾：铂力特给3C领域已经大批量在交货，工业领域还有很多的增材制造应用潜力，都有量产潜力，有很多还没有被开发，海外这部分市场已经足够大。

8问: 3C是一个对质量、效率、价格要求非常严苛的领域，铂力特进入这个领域是什么想法？

薛蕾：从接到3C的需求，到开发再到量产我们苦练了8年内功，满足了最为挑剔的要求，再扩展到其他民品领域就有实力了。

9问: 设备的口碑很难建立，但是建立好又很容易被破坏，随着销售的设备越来越多，但不担心有的客户认为设备不好？

薛蕾：设备的口碑建立在客户理性和感性的共同基础上，听到不好的评价需要重视但不惊慌，需要客观的分析客户是出于哪方面的原因，从而作出改进。

10问: 当前看得到的市场还有哪些是铂力特已经在铺垫的？

薛蕾：低空经济、人形机器人、新能源汽车这些领域都有机会，铂力特也像进入3C市场一样做专门的解决方案。

Q：2023年贵公司在技术上有哪些突破？您如何看待这些突破的价值？

2023年，铂力特在设备及自动化、软件、原材料、工艺等方面都有技术突破。

设备方面，面向航空航天、工业机械等领域的批产方案更加完善，发布BLT-S1500、BLT-S615、BLT-S815、BLT-S1300等大尺寸设备平台化方案，产线型粉末循环方案和粉末自循环方案发布。

▲铂力特西安总部智能制造厂房
上图：大设备厂房；下图：小设备厂房

软件方面，BLT-BP V2.0和BLT-MES 2.0接连面市，铂力特基本建成了面向百余台金属增材制造设备产线的软件生态链。

可成形材料方面，铂力特依据金属增材制造特点，推出多款适用于航空航天领域的可成形高温合金、钛合金材料：适用航空发动机、燃气轮机等热端部件的高温合金材料BLT-In738（国内牌号K438）, 有良好机械性能和耐腐蚀性性能的BLT-Ti64，具有适中的机械性能、较高的塑性、理想的耐腐蚀性的BLT-Ti，适应用于航空航天领域高性能零件的BLT-Ti2AlNb粉末与BLT-Ti65；适用于粉末冶金（PM）和电子束选区熔化（EBM）工艺的BLT-TiAl4822粉末，有望部分代替镍基高温合金，实现航空发动机高温结构件的大幅度减重。

▲铂力特金属粉末

工艺方面，2023年推出的无支撑打印技术方案可以实现30°以下悬垂结构的无支撑打印，自面市半年来，已经应用到多型工业批产零件中，减少了后处理工序的人耗、能耗，保证了高效的生产节拍。此外，铂力特硬质合金增材制造成形工艺拓宽了增材制造技术可成形的材料范围，为金属增材制造生产工业产品提供了新的发展方向。技术创新是企业发展的重要牵引力，技术突破是企业发展的一个注脚，只是阶段性地面向市场需求解决了一定的技术问题，想要持续发展进步，还需要持之以恒的技术创新和工程化应用。

▲铂力特无支撑3D打印零件

Q：能否举一两个案例分享一下贵公司的用户在其应用领域获得的最新收获？您如何看待这些收获的意义？

2023年，铂力特在商业航天、模具、鞋模、3C电子、自行车等航空航天及工业机械等领域都有许多新的进展，特别是在批产方案这一块。

▲铂力特3D打印技术制造的星际荣耀喷注器

铂力特参与的商业航天典型应用场景包括：可重复使用液氧甲烷火箭、固体运载火箭、液体运载火箭，立方星部署器、实验卫星、商业通信卫星等；其中多个商业航天项目已进入批量生产阶段。铂力特去年做的比较有趣的应用是自行车和微创脑手术柔性机器人。

▲铂力特3D打印新应用
上图：3D打印微创脑手术柔性机器人先端结构件
下图：包含钛合金头管接头等3D打印零部件的自行车

铂力特自成立以来，一直认为一切金属加工的场景，金属3D打印都有机会。每一个新的应用场景、应用领域的开发，铂力特人持续地技术创新和工程化应用的努力都是为了让金属3D打印走进千万加工厂，走进千行百业。

Q.能否举一两个最新案例来透视贵公司是如何在可持续发展方面作出贡献的？您认为贵公司的核心竞争力（包括核心技术、企业文化、生态圈影响力等等）如何帮助实现可持续发展？

商业航天是铂力特在2023年比较受关注的应用领域之一，铂力特的金属3D打印解决方案支持了蓝箭航天的可重复使用液氧甲烷火箭、九州云箭可回收液氧甲烷发动机、星际荣耀液氧甲烷可重复使用验证火箭双曲线二号验证火箭等。可重复使用火箭技术可以降低发射成本，帮助共创健康可持续的太空环境。

金属3D打印技术能够实现材料在空间按需分布，有效利用资源、降低能耗，本身就是一项低能耗、环保的技术。铂力特人秉承“让制造更简单，世界更美好”的使命，在“让金属3D打印走进千万家工厂”的目标下，持续让各领域的设计端了解这项工艺，启发设计端从更轻量化、更“料尽其用、物尽其才”的方式去革新产品设计，减少原材料的冗余、浪费，从而创造一个更加可持续发展的工业产业生态链。

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在 看来，3D打印技术无论是助力电动汽车的研发，还是在全新的车身结构，轻质结构的实现，以及汽车内饰、智能互联方面都有着巨大的潜力。根据 的市场观察，Divergent Technologies 正在与布加迪合作，利用 Divergent 自适应生产系统 (DAPS) 设计、设计、增材制造和组装布加迪 Tourbillon 的底盘和悬架组件。

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▲ 布加迪引入3D打印生产线

 提升车辆性能

布加迪的Chiron继任车型Tourbillon采用了3D打印技术来优化车身结构。这项技术的应用使得Tourbillon在车身设计、重量减轻和性能提升方面都有了显著的进步。例如，Tourbillon的底盘和悬挂系统采用了Divergent公司的DAPS增材制造技术，通过铝合金3D打印技术，悬挂重量相比Chiron减轻了45%。这不仅提升了车辆的动态和空气动力性能，也体现了布加迪在追求极致性能和豪华体验方面的不懈努力。

布加迪通过3D打印技术的应用，不仅在性能上取得了突破，也在设计和制造工艺上展现了创新精神。这些技术的应用预示着未来汽车制造的发展方向，也为其他汽车制造商提供了宝贵的参考和启示。

Divergent 的数字化、端到端车辆设计和制造方法使布加迪能够解锁更高效的车辆底盘几何形状制造工艺，从而大幅减轻车辆重量并提高性能。

Tourbillon 的空气动力学设计围绕布加迪的马蹄形格栅、布加迪线、中央脊和双色分割而发展，旨在优化性能，最高时速可达 445 公里/小时。

Tourbillon 由全新自然吸气式 V16 发动机和电动动力系统驱动，可产生 1,800 马力，其中 1,000 马力来自内燃机本身，800 马力来自电动机——两个电动机安装在前轴上，一个电动机安装在后轴上。

亮点

布加迪Tourbillon是一款全新的超级跑车，它是Chiron的继任车型。根据最新的消息，这款车被命名为”Tourbillon”，意为”陀飞轮”，象征着它在速度和技术上的新突破。以下是关于Tourbillon的一些关键信息：

性能：Tourbillon搭载了一台1775匹马力的插电式混合动力系统，包括一台自然吸气V16发动机和三台电动机。发动机本身可输出986匹马力，电动机则提供额外的789匹马力。

电池与充电：新车配备了25kWh的电池，可以提供超过37英里（约59.55公里）的纯电续航里程。它还支持800V高压充电，0-80%的充电时间仅需12分钟。

速度：Tourbillon的最高时速可达276英里（约445公里）。布加迪CEO Mate Rimac表示，新车将比Chiron更快，计划将零百加速时间缩短至2秒，0-200km/h加速时间缩短至5秒以内。

生产与价格：Tourbillon将限量生产250辆，起售价为320万英镑，约合2959.2万元人民币。用户可能要等到2026年以后才能提车。

设计与材料：Tourbillon的每一个表面、进气口和棱线都经过了精心设计，以符合空气动力学和热力学的要求。车内配备了由瑞士制表师设计、制造的仪表盘，使用了钛金属、蓝宝石、红宝石等珍贵材料。

重量与结构：新车整体重量仅有1995kg，采用了完全定制的碳纤维外壳和3D打印部件，以提升刚度并减轻重量

 柔性化批量生产

正如《3D打印与工业制造》一书所述，3D打印技术在汽车制造业中的应用，最终会被未来的汽车设计方向所驱动。下一代的汽车技术正朝着轻量化、智能化、个性化方向发展，汽车的设计迭代周期将继续缩短，3D打印技术、设备制造商应在产品研发时，满足汽车制造的一个或多个发展需求。

根据 的市场观察，Divergent 为了加快3D打印汽车轻型悬架和底盘组件的开发与上市，在2019年就宣布购买5台SLM Solutions 的金属3D打印设备作为预生产设备。后续将安装更多金属3D打印设备，以实现为汽车制造商批量生产安全性结构件的目标。

Divergent 制造的超级跑车具有革命性的3D打印底盘结构，还具有经过通用设计和验证的轻型悬架和底盘组件，包括与SLM Solutions联合开发的3D打印设备制造制造的一组控制臂。这些悬挂和底盘零部件是通过SLM Solutions 的金属3D打印设备SLM®800, SLM®500 and SLM®280 制造的，已成功地经受超过45万公里模拟道路测试。

除了设计与3D打印技术，软件在 Divergent的制造蓝图中发挥了重要的作用，Divergent Manufacturing Platform™ 是Divergent 获得专利的软件-硬件平台，该平台中的核心制造技术为粉末床激光熔化3D打印技术，Divergent 利用这一技术从根本上改变车辆结构的设计、工程制造和组装方式。

Divergent 利用3D打印技术具有革命性的底盘结构，通过金属3D打印制造铝制“节点”结构，将碳纤维管材与节点连在一起，通过软件快速实现客户自定义汽车的设计到现实的生产，该软件从空气动力学、材料和安全性等多个角度优化结构件的设计，并且充分考虑汽车的设计以及碳纤维杆和3D打印节点之间的连接。

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宝马集团在增材制造方面的应用不仅限于生产零部件，还包括为员工定制的矫形器、教学和生产辅助设备，以及3D打印工装夹具等。

▲ 汽车行业的3D打印路线图
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宝马集团在其生产系统中采用增材制造技术，这不仅提高了生产效率，还带来了一系列其他好处，3D打印使得宝马能够快速、经济、灵活地生产生产辅助设备。这种技术允许宝马根据具体需求对产品进行单独调整，优化其工装夹具的重量，从而提高生产线的速度，缩短周期时间，降低成本。

增材制造技术的应用还有助于减少工装夹具的体积，从而降低二氧化碳排放和成本。这表明宝马集团在追求经济效益的同时，也在致力于环境保护和可持续发展。

宝马集团的这些举措体现了其在技术创新和生产效率提升方面的领导地位，同时也展示了其对环境责任的承诺。通过这些先进的制造技术，宝马集团能够更好地满足市场需求，提高竞争力，并为可持续发展做出贡献。

 3D打印砂型模具

宝马集团兰茨胡特工厂采用的砂型增材制造工艺，对于制造铝制气缸盖的模具来说，是一项革命性的创新。这种技术允许制造出传统工艺难以实现的复杂几何形状，从而提高产品的性能和生产效率。以下是3D打印在制造铝制气缸盖模具中的一些关键步骤和优势：

1. 设计阶段：首先，需要使用CAD软件设计出气缸盖的三维模型。这个模型将被用来生成3D打印所需的数据。
2. 3D打印模具：使用3D打印技术，可以打印出砂型模具。这种模具是通过将沙子逐层涂覆并使用粘合剂固定来制造的。这种方法可以创建出非常精细和复杂的内部结构。
3. 砂型铸造：一旦砂型模具打印完成，就可以将其用于砂型铸造工艺。模具中的空腔被填充以液态铝，然后冷却固化形成气缸盖。
4. 后处理：铸造完成后，需要对气缸盖进行清理，去除多余的材料，并进行必要的机械加工，以确保其尺寸精度和表面光洁度。
5. 优势：
   复杂性：3D打印技术可以制造出具有复杂内部结构的模具，这在传统铸造中很难实现。
   成本效率：由于可以快速打印出定制模具，生产成本和时间都得到了优化。
   设计灵活性：设计师可以更自由地探索新的设计，而不必担心制造的限制。
   轻量化：通过优化内部结构，可以制造出更轻的气缸盖，从而提高燃油效率和性能。
6. 环境影响：与传统铸造相比，3D打印技术可以减少材料浪费，并且可能降低能源消耗。

通过这种先进的制造技术，宝马集团能够提高生产效率，同时保持产品质量和创新性。这种技术的应用不仅适用于汽车行业，还可以推广到其他需要复杂砂型模具的领域。

 3D打印制造大型机器人夹具

宝马集团位于兰茨胡特的轻量化结构和技术中心在制造过程中采用了3D打印技术，这不仅提高了生产效率，还实现了材料的节约和环境的保护。使用3D打印技术制造的机器人夹具，重量大约120公斤，制造时间仅需22小时。这些夹具用于生产BMW M车型的所有CFRP（碳纤维增强塑料）车顶。

压机首先装载CFRP原材料，通过夹具旋转180度来拆除成品屋顶。这种设计简化了生产流程。与传统夹具相比，3D打印夹具重量轻约20%，这有助于延长机器人的使用寿命，减少系统磨损，并延长维护周期。两个步骤的结合使用减少了生产循环时间，提高了生产效率。

夹具的制造采用了两种不同的3D打印工艺，SLS（选区激光烧结）用于制造真空夹具，而LSP（大规模印刷）用于制造大型屋顶壳和轴承结构。

LSP工艺使用注塑颗粒和回收塑料，CFRP剩余材料也可以被回收利用，与传统制造方法相比，制造夹具时的二氧化碳排放量降低了约60%。2023年夏季，宝马推出了新一代更轻的夹具，通过拓扑分析和优化，实现了重量的进一步减轻。新型夹具比前代轻了25%，使得BMW M3 CFRP车顶的制造过程只需一台机器人即可完成，而之前需要三台。

现在，宝马集团兰茨胡特工厂的所有CFRP屋顶现在都采用了通过3D打印技术制造的夹具，这展示了宝马在轻量化和生产效率方面的创新应用。

通过这些创新的3D打印技术，宝马集团不仅提高了生产效率，还实现了对环境的保护，这体现了其在汽车制造领域的先进性和可持续发展的承诺。

 3D打印砂型模具用于底盘构造

在慕尼黑工厂，宝马进一步采用了仿生机器人夹具，这些夹具用于固定和移动BMW i4的整个地板总成。这些夹具通过3D打印技术制造的砂铸模具，然后通过铸造的方式填充液态铝，实现了重量和最大负载能力的优化。与传统型号相比，这种夹具轻约30%，重量仅为110公斤。

使用砂型铸造和铝制造的夹具可以形成复杂的负载优化结构，这有助于最大限度地减轻重量。这意味着在中期可以使用更小、更轻的重型起重机器人，这些机器人需要更少的能源，从而减少二氧化碳排放。

宝马集团慕尼黑工厂的工程和机器人主管Markus Lehmann表示，他们正在不断扩大通过增材制造（即3D打印）制造的生产辅助设备的使用。在夹具和搬运系统领域，他们已经用高度集成和重量优化的轴承结构取代了完整的夹具系统，这使得在搬运整个BMW i4地板组件时，整个夹具的重量减轻了30%（50公斤），从而延长了设施的使用寿命。

宝马集团通过3D打印技术的应用，不仅提高了生产效率，还有助于实现更环保的制造过程。这种创新技术的应用展示了宝马集团在汽车制造领域的前瞻性和领导力。

 在增材制造中使用创新软件解决方案

复杂的仿生结构是使用特殊的通用软件工具（例如 Synera）进行设计和计算的。BMW iVentures 对这款软件进行了战略投资，该软件以前称为 Elise。Synera 可实现快速高效的优化，现已用于 BMW 集团内的许多开发领域。 该软件用于设计和计算复杂的仿生结构。Synera软件的优化功能特别适用于3D打印，因为3D打印的高度灵活性允许拓扑优化的仿生结构能够精确打印，从而实现轻质结构设计的潜力。
在夹具设计方面，宝马集团开发并实施了自动化的工作流程，这使得结构的计算和构造可以快速高效地完成。这种自动化流程的实施，可以显著提高生产效率，并可能降低成本，同时保持或提升产品质量。

通过这种投资和技术创新，宝马集团能够保持其在汽车行业中的领先地位，并推动汽车制造技术的发展。

 3D打印工装夹具的优势

3D打印工装夹具的优势与发展前景

3D打印技术在工装夹具制造领域具有显著的优势和广泛的应用前景。以下是一些关键点，概述了3D打印工装夹具的相关情况：

1. 提高生产效率：3D打印技术可以快速制造工装夹具，与传统制造方法相比，可以大幅缩减制造周期23。
2. 降低成本：3D打印技术可以减少材料浪费，避免复杂的加工工艺，从而降低制造成本23。
3. 轻量化设计：3D打印技术提供了设计灵活性，允许设计师通过优化结构来减少材料使用量，实现轻量化设计2。
4. 复杂形状制造：3D打印技术能够制造出传统方法难以实现的复杂形状的工装夹具，满足特殊工件的加工需求2。
5. 定制化生产：3D打印技术可以根据具体需求快速定制工装夹具，提高生产过程的灵活性和定制化水平23。
6. 材料选择多样：3D打印技术可以使用多种材料，包括塑料、金属、橡胶和蜡等，随着技术的发展，更多具有高性能的材料将被用于工装夹具的制造3。
7. 简化生产流程：3D打印可以将多个组件合并设计并一次成型，简化了组装工序，减少了生产维护成本3。
8. 提高人体工程学：3D打印技术可以制造出更符合人体工程学的工具，减轻工人的劳动强度，提高操作的安全性和准确性3。
9. 应用案例：在汽车制造、航空航天和医疗器械等行业中，3D打印工装夹具已经被广泛应用，提高了生产效率和产品质量23。
10. 未来发展前景：随着3D打印技术和材料的不断创新，3D打印工装夹具预计将在未来发挥更大的作用，特别是在耐磨、高强度的工装夹具制造方面2。

这些优势使得3D打印工装夹具成为提高生产效率、降低成本、实现定制化生产的重要工具。随着技术的进一步成熟和应用的拓展，3D打印工装夹具有望在更多行业中得到广泛应用。

1：清锋科技《快速3D打印在汽车工装夹具中的应用》当选优秀论文

2：3D打印工装夹具：提高生产效率的为了技术 | Stratasys官网

3：工装夹具：通过3D打印提高生产效率的6种方式_制造

4：3D打印应用-工装夹具 | Stratasys官网

5：3d打印 工装夹具怎么用，3d打印工件 | Stratasys官网

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用大型铸件替代尽可能多的单个零件和工序，从而在简化生产流程的同时降低成本、重量和二氧化碳排放量，这种方法听起来很诱人。但另一方面，对新系统和基础设施的前期投资、产品线的重新配置以及与大型部件的生产和进一步使用相关的技术挑战都很高。
在兰茨胡特宝马轻金属铸造厂与克劳斯-萨默尔（Klaus Sammer）和托马斯-科普（Thomas Kopp）博士进行的背景讨论中，双方得以讨论支持和反对的主要论点，并了解宝马公司的具体观点。

 说到一体化压铸或者巨型压铸，没有“对”与“错”之分

Kopp 和 Sammer 深入研究了与大型铸件生产相关的问题，并深知其中的利弊。

2024年宝马位于兰茨胡特的轻金属铸造厂的情况如何？

位于兰茨胡特的宝马集团轻金属铸造厂是一个极具创新性的厂址，拥有广泛而独特的铸造技术。其中包括传统的重力铸造和低压铸造。一种特殊的重力铸造工艺是喷射铸造工艺，该工艺由兰茨胡特的铸造专家于2007年开发并获得专利。它结合了重力铸造和低压铸造的优点。在浇注开始时，使用喷射器对型腔进行填充，出口位于模具底部。在浇注过程中，注射器缓慢向上移动。在填充过程中，出料口始终低于熔池表面。这导致了分层模具填充，对凝固过程产生了积极影响。这种工艺可用于生产高度复杂的功能部件，如电机的中央外壳。生产底模所需的砂芯完全采用无机粘结剂系统。正如 Kopp 和 Sammer 所强调的那样，这使得铸造过程几乎不排放废气，而且这种情况已经持续了 15 年以上。除了传统的射芯工艺，兰茨胡特生产基地还可以使用无机粘结剂喷射系统进行增材制造的方法生产砂芯。这确保了该基地未来的可行性。

在压铸领域，该生产基地拥有十套设备，锁模力从 3,000 吨到 6,000 吨不等。当然，有充分的理由支持使用锁模力超过6000吨甚至高达16000吨的压铸单元。”对”或 “错”的问题并不能一概而论，因为它总是与整体环境有关。
决定是否使用巨型铸造在很大程度上取决于生产工艺的具体要求、现场条件（如物料流/物流）以及公司的标准和目标。

众所周知，铸造件的一个优点是可以替代钣金部件，从而省去制造和装配步骤。一个简单的例子是减震塔，这意味着可以替代大约15个部件。在这种情况下，由于可替代部件的数量较少，轻量化的潜力相当低。减震塔是在压铸机上制造的，锁模力在2000吨至3000吨之间。

后纵向构件的替代程度较高，轻量化潜力较大。然而，由于喷砂面积较大，还需要4000吨的大型机器。

如果目的是尽可能多地替代部件，那么一体化后底板是正确的选择。在这种情况下，可以替换80到100个部件。这些所谓的一体化压铸件是在锁模力超过8000吨的系统上生产的。然而，这并不一定是轻量化潜力最大的解决方案。为了能够通过压铸生产部件，下图中红色的金属板表面（如行李箱底板或车轮拱罩）必须具有一定的最小壁厚。这通常大于负载所要求的壁厚，因此会增加部件的总重量。增加重量的同时也增加了材料成本，因为昂贵的轻量化材料铝被用在了一些本可以用更薄的板材（如成型金属板）的位置。

在正确的位置使用正确的材料和正确的制造工艺（拓扑优化）至关重要。在重量和替代程度方面，4000吨到6000吨之间的压铸机生产的部件是最佳选择。

然而，除了轻量化潜力之外，在做出决定时还需要考虑许多其他因素。在这一点上，应该提到与热处理同时进行的功能要求。维修方案的重要性也不容忽视。对于大型铸件来说，修复方案的适用范围有限，而且通常需要支付额外费用。

另一个关键是物流成本，随着部件尺寸的增大，物流成本也会显著增加。为了解决这个问题，铸造厂必须与整车厂相连，从而投资新的压铸系统。所需的系统数量在很大程度上取决于整车厂的产量和每条生产线的变型产品数量。通常需要多台压铸机才能可靠地向汽车生产线供货。

对于压铸模具也提出了类似的挑战。由于部件尺寸大，预计模具磨损会增加，从而导致维护间隔缩短，因此需要的模具数量也会增加。

原则上，应该指出的是，目前在宝马公司使用锁模力大于 6000 吨的铸造单元并不具备有效的优势。位于兰茨胡特的宝马零部件工厂拥有强大的供应商网络，从而确保了整车厂的供应。

在宝马公司，重点不在于可行性，而在于通过创新和大量的专业知识实现最佳效果，同时在正确的位置使用正确的工艺铸造正确的材料。

关于宝马兰茨胡特工厂

在宝马集团兰茨胡特工厂，约有 3,700 名员工生产由铸造轻合金制成的发动机、底盘和车身结构部件、用于汽车外饰的塑料部件、碳纤维车身部件、驾驶舱和设备范围、发动机和传动轴。兰茨胡特工厂是宝马集团全球最大的零部件工厂，为宝马集团在全球的所有汽车和发动机工厂提供零部件，因此几乎为每一辆宝马、MINI、劳斯莱斯和宝马摩托车提供零部件。兰茨胡特宝马集团工厂代表着以数字化和可持续发展为特征的零部件生产，以及对资源的负责任利用。

凭借面向未来的技术，兰茨胡特宝马集团工厂在汽车行业及其供应商行业的技术转型中扮演着创新驱动者的角色。在与工厂直接相连的轻量化和技术中心（LuTZ），来自各个领域的专家积极推动未来车型的可持续发展。他们在早期阶段就参与到新车型的开发过程中。在兰茨胡特和下巴伐利亚地区，宝马集团兰茨胡特工厂是一个具有社会责任感、创新性和吸引力的雇主。

关于托马斯-科普博士和克劳斯-萨默尔

克劳斯-萨默尔自1985年以来一直是宝马集团的一员，最近曾担任丁格芬工厂的车身涂装规划主管，2018年至2021年担任匈牙利德布勒森在建工厂的车身涂装主管。之后，他接管了宝马集团兰茨胡特工厂轻金属铸造厂的产品和工艺规划管理工作。除了在宝马集团任职外，萨默尔还是多个协会的顾问委员会成员。

• 2001年至2005年 慕尼黑宝马工厂项目经理
• 2005年至2011年 慕尼黑宝马工厂研发团队主管
• 2011年至2015年 慕尼黑宝马工厂装配和整车验证部门主管
• 2015年至2018年 规划车身车间主管 – 丁格芬宝马工厂
• 2018年至2021年 德布勒森宝马工厂冲压车间和车身车间总经理
• 2021年至2023年 技术中心铸造、工厂列车制造、维护和原型制造以及产品和工艺规划负责人 – 兰茨胡特工厂

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托马斯-科普（Thomas Kopp）博士自2016年完成博士学位后一直在宝马集团工作。他目前在轻金属铸造技术中心担任高级开发团队协调员，负责进一步开发用于未来汽车的创新铸造部件。曾任职务包括生产子项目经理以及重力铸造和低压铸造质量团队负责人。除了在宝马集团工作外，托马斯-科普博士还是多个协会的顾问委员会成员。

l 来源：轻量化技术网

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挺进生产的不仅仅是激光熔丝，这方面，宝马集团正在计划在量产车辆中使用采用 WAAM 电弧增材制造工艺制造的零部件。

▲ 激光熔丝增材制造
© 宝马汽车

汽车生产需要高度的自动化、高效率、低成本、质量一致性，这似乎与3D打印当前的“昂贵的制造成本与波动的制造质量”存在不少“鸿沟”。然而从减少浪费的角度去看，3D打印与汽车产业其实是天然契合的。不需要模具，数字仓储，压缩供应链… 3D打印几乎消除了与供应链相关的非价值创造成本，例如包装、运输、仓储、库存管理和海关。

▲ 着力点
© 白皮书

 “火线”

无论技术如何变化，或者新的创新如何让人感到眼花缭乱，制造业的基本目标都保持不变：减少意外停机时间，降低成本，消除不必要的浪费等等。而制造业的制造供应链上存在的隐形浪费包括模具、成千上万的零部件的仓储与物流、因零部件的繁多而导致的沉重的备品备件的仓储等等。

随着3D打印技术和材料的进步，可以使用的材料以及端到端的工作流程软件控制从根本上改变了采用增材制造的方式，一些现有制造商正在创造增材制造领域的专业知识，以便控制自己的供应链，改变产品制造的灵活度。

在宝马慕尼黑的增材制造园区，宝马集团拥有一条通往汽车金属零部件和工具的创新增材生产工艺的“火线”。在电弧增材制造 (WAAM) 中，使用电弧熔化由铝或类似材料制成的线材，然后，软件控制的熔覆头将大量材料实现精确熔覆，直到完成整个部件。由于能源需求较低和材料浪费较少，这样的生产也可以更加可持续。未来，宝马集团计划在量产车辆中使用采用 WAAM-电弧增材制造工艺制造的零部件。

 优秀的机械性能

材料沉积的宽度和高度较大，这意味着使用 WAAM-电弧增材制造可以极其快速地生产组件。与宝马集团已在原型和小批量生产中使用的粉末床金属熔融金属3D打印工艺相比，WAAM 特别适合较大的部件， 典型的壁厚非常适合制造车身、驱动器和底盘区域的部件。

WAAM-电弧增材制造工艺中较宽的材料沉积意味着所制造的零部件表面并不光滑，而是略有波纹，必须在关键区域进行精加工。机械性能方面，宝马集团工程师能够证明 WAAM 组件可以用于高负载，包括循环负载，甚至无需对表面进行后处理。优化的工艺参数对于确保直接生产的耐用性至关重要，因此焊接工艺参数和机器人路径规划的组合必须得到最佳协调。

 轻量化设计

3D打印带来的数字化，让人类第一次能够产生真正的经济净收益门槛：通过将客户行为与生产者行为同步，以需求为导向，从生产过剩转向需求驱动的生产。

汽车行业需要利用3D打印技术的具体优势来提升产品设计，然而要想将3D打印用于具体的汽车零部件生产，需要突破的一大挑战是经济性。目前，用于3D打印的汽车零部件大多数是小批量的十几个，要增加到汽车行业普遍所需要的高达100万的产量，3D打印必须要突破经济性的障碍。

突破经济性的一个途径是提升产品的生命周期价值，例如对于汽车领域来说，轻量化是算得出回报的产品生命周期价值提升，因为这带来了最直接的驾驶过程中能源的节约。

© 白皮书

为了充分利用 WAAM-电弧增材制造工艺生产的优势，制造工艺与新部件设计的结合至关重要。为此，宝马集团不断加速运用创成式设计。在这里，计算机通过算法根据具体要求设计优化的组件。这些算法是与跨学科团队密切合作开发的，部分灵感来自自然界的进化过程。与仿生结构一样，第一步是仅生成实际所需的材料，在第二步的微调过程中，仅在必要部位对组件进行加固。这最终会带来更轻、更坚固的零部件设计，以及更高的效率和改进的车辆动力。

相信增材制造因其在轻量化方面的优势而将在竞争激烈的汽车生产领域中获得不断增加的部署。不久的将来，增材制造将为汽车的结构件、电动机、电池制造等方面带来一定程度的改变。虽然当前3D打印技术进入到产业化领域的局限性还包括速度、成形尺寸、成本、质量一致性等。未来，3D打印技术的发展将突破当前局限，迈向更高的速度、更好的过程控制，以及更适合的材料应用。随着3D打印技术的快速发展，其为汽车制造带来的改变将更加令人耳目一新。

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3D打印带来的数字化，让人类第一次能够产生真正的经济净收益门槛：通过将客户行为与生产者行为同步，以需求为导向，从生产过剩转向需求驱动的生产。

3D打印是一种带有鲜明数字化特征的技术，这意味着增材制造能够改变产品的生产方式是本质性的，不仅可以实现个性化，还可以实现功能化导向的制造。

通用汽车3D打印汽车组件
© 通用汽车

无疑，3D打印要成为一种主流的制造技术之一，必须要在制造业主赛道汽车零件制造领域“站稳脚跟”，而3D打印在汽车领域的应用要实现落地，存在着多方面的挑战，这一点， 在《3D打印产业化机遇与挑战白皮书》中有过详细的剖析。汽车行业需要利用增材制造的具体优势来提升产品设计，但是当谈到用于经济性的生产，以便将产量从小批量的十几个增加到至少每年100万个。在行业能够打破这个百万产能障碍之前，3D打印对于进入到汽车的生产线方面很容易陷入到“死胡同”发展状态。

汽车3D打印路线图
© 白皮书

然而，相比于经济型汽车的量产规模来说，豪华车的制造需求却成为3D打印突破汽车零件制造方面“死胡同”发展状态的绝佳“破冰”点。

通用汽车的豪华车是其实践3D打印产业化的绝佳“落脚点”，根据TCT亚洲展的报道，早在2021年，凯迪拉克就宣布CT4-V Blackwing和CT5-V Blackwing将成为通用汽车首批采用3D打印部件的量产车。这些部件包括手动换挡旋钮上的一个徽章、一个电线束支架和两个HVAC管道，均以降低成本和提高效率的方式生产。这对通用汽车来说是一个重要的里程碑，借着豪华汽车的“破冰点”，通用汽车希望加快3D打印终端部件的量产。

 敏捷创新

通用汽车转型的核心是成为一家敏捷的创新型公司，而3D打印将在这一过程中发挥至关重要的作用。3D打印是通用汽车“制造4.0”或“智能制造”的一部分，通用汽车定价34万美元的凯迪拉克 CELESTIQ，据称是“有史以来技术最先进的凯迪拉克”，被描述为“手工制作的全电动超豪华旗舰”汽车。 不仅如此，这辆车还包括一百多个 3D 打印生产组件。

未来工厂
© 白皮书

凯迪拉克CELESTIQ集成了115个金属和塑料3D打印零部件，包括金属激光粉末床熔融（LPBF）3D打印方向盘、3D打印车窗开关、把手、装饰件和结构安全带D型环。毫不奇怪，这款新型小批量汽车代表了通用汽车 3D 打印生产零件最广泛的集成。

虽然通用汽车在其业务中使用了多种增材制造工艺，但有一些特定工艺确实非常适合该公司的生产应用：金属粘结剂喷射、金属LPBF粉末床激光熔融3D打印以及惠普的Multi Jet Fusion多射流喷射增材制造工艺，这其中惠普是通用汽车全方位的合作伙伴。

惠普个性化与3D打印事业部全球总裁Didier Deltort表示，可持续性、数字化和个性化是增材制造的关键因素，使企业领导者决定规模化3D打印。这其中，你需要将不可能作为驱动力，解决制约3D打印产业化方面有关产品质量的两个关键挑战：Predictability（质量的可预测性）与Repeatability（质量的可重复性）。离开这两个关键点的解决方案，追求卖多少台设备是没有任何意义的。

 多样化的3D打印技术

l 粘结剂喷射3D打印技术

据 了解，CELESTIQ 中的装饰金属部件主要是使用粘结剂喷射3D打印技术制成的，该技术使通用汽车能够获得更好的成本动态。

© 白皮书

通用汽车发现3D打印所替换制造的零件实际上是由许多不同组件组成的，3D打印实现的制造自由度能够重新设计该零件并将五个零件整合为一个零件。通用汽车使用的钢材非常坚固且致密，因此通过3D打印还能够集成一些空心特征以降低质量。简而言之，通用汽车在不断寻找他们最初没有想到的使用增材制造的方法来提高零件的性能和可制造性。

© 通用汽车

l 激光粉末床金属熔融3D打印技术

CELESTIQ方向盘采用激光粉末床金属熔融3D打印技术制成，通用汽车选择使用这种工艺是因为激光粉末床金属熔融3D打印技术的尺寸保真度和尺寸容量。这些方向盘零件尺寸比较大，当前激光粉末床金属熔融3D打印技术（ LPBF技术）可以轻松满足零件尺寸加工的需求。此外，LPBF技术实现通用汽车所需的组件保真度， 方向盘背面具有各个不同方向的特征，3D打印节约了制作模具的成本。

l 塑料3D打印技术

在塑料增材制造方面，通用汽车发现如果3D打印构建室对于零件来说太小，那么就必须进入二次加工，例如装配，从尺寸角度和联合性能角度以及视觉质量角度来看，这会带来许多不同的挑战。当然后处理的需求也是金属增材制造的一个挑战。对于通用汽车来说，3D打印还必须在后处理方面做大量的工作。如今市场上有标准解决方案，但增加了成本并延长了物流链，这明显削弱了增材制造的优势，因此通用汽车也一直在寻找更好的解决方案。

l 砂型3D打印

在砂型3D打印结合铸造方面，通用汽车收购了 Tooling & Equipment International (TEI)，该公司负责帮助特斯拉开发“Giga Casting”技术，TEI常年与3D打印领域的voxeljet-维捷合作，还开发了用于生产单件大型车身零件的3D砂打印方法。

根据 ，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被并购的现象。

TEI擅长低压铸造，低压铸造是指铸型一般安置在密封的坩埚上方，坩埚中通入压缩空气，在熔融金属的表面上造成低压力（0.06～0.15MPa），使金属液由升液管上升填充铸型和控制凝固的铸造方法。这种铸造方法补缩好，铸件组织致密，容易铸造出大型薄壁复杂的铸件，无需冒口，金属收得率达95%。无污染，易实现自动化。但设备费用较高，生产效率较低。一般用于铸造有色合金。

当然，低压铸造是一门由来已久的技术，低压铸造是最早的反重力铸造技术，如今，低压铸造主要用于生产销合金、镁合金件，如汽车工业的汽车轮毂、内燃发动机的气缸体、气缸盖、活塞、导弹外壳、叶轮、导风轮等形状复杂、质量要求高的铸件。

通用汽车收购 TEI 表明其致力于以更经济、更高效的方式制造汽车。此举出台之际，特斯拉正计划推出一款售价 25,000 美元的电动汽车 (EV)，并计划在未来十年内生产数百万辆价格实惠的电动汽车。随着 TEI 被通用汽车收购，特斯拉将更多地依赖其在英国、德国的其他砂型3D打印铸造合作伙伴。

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汽车零件
© ASTM

 面向产业化

ASTM 成员 Chuck Nostedt 表示：“拟议的标准是为汽车行业提供增材制造零件分级系统的第一步。” “这份文件是为3D打印在所有运输领域增加零件等级/分类的一步。

拟议标准 (WK87222) 中详述的零件等级指标将用于增材制造汽车零件所需的工程、采购、无损检测、测试、鉴定和认证流程。该等级方案将建立一致的方法来定义和传达与增材制造汽车零部件相关的故障后果。

ASTM 国际增材制造技术委员会欢迎所有感兴趣的各方加入 F42 开发 WK87222 和其他拟议标准。

增材制造零件等级/分类对于汽车领域来说是全新的，汽车只是更大的运输行业的一部分，其他运输方式（包括铁路和海运）需要其他增材制造零件等级/分类。

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