GE增材：3D打印與汽車制造產(chǎn)業(yè)鏈

AMCC2018杭州大會(huì)的高峰論壇，“汽車工業(yè)增材制造發(fā)展論壇”。南極熊3D打印網(wǎng)小編現(xiàn)場(chǎng)聆聽了專家們的演講。下面是現(xiàn)場(chǎng)速記的文字記錄。


通用增材產(chǎn)品戰(zhàn)略總監(jiān)Joe Hampshire

    陳燚（音譯）：簡(jiǎn)單介紹一下，Joe Hampshire是GE增材工程咨詢團(tuán)隊(duì)的產(chǎn)品總監(jiān)。他不光是汽車方面的專家，航空航天或者其他的一些領(lǐng)域他也是非常資深的。所以這次有機(jī)會(huì)能夠請(qǐng)到他從美國(guó)不遠(yuǎn)萬里趕過來，是非常難得的。
    昨天杭州為了歡迎他，天氣太熱，所以打了雷，下了雨，他不得不在廣州飛過來的時(shí)候跑到南昌，折騰了四五個(gè)小時(shí)，最后10點(diǎn)多才到，所以他有點(diǎn)累，如果今天表現(xiàn)不是非常出色的話希望大家能理解。
    我是GE增材中國(guó)區(qū)負(fù)責(zé)銷售和服務(wù)的總經(jīng)理陳燚（音譯），希望有機(jī)會(huì)和在座各位能夠?yàn)樵霾脑谄�車行業(yè)的推動(dòng)一起努力，希望能夠幫到大家。

    Joe Hampshire：首先非常感謝組委會(huì)邀請(qǐng)我來，也感謝大家今天來聽我的匯報(bào)，過去我在增材行業(yè)做了五年，可以說在汽車領(lǐng)域也有心得，在接下來的時(shí)間里頭希望能夠跟大家分享過去這五年得到的一些體會(huì)。
    GE選擇任何市場(chǎng)進(jìn)入前，一定要做前期的市場(chǎng)調(diào)研，市場(chǎng)到底有多大，我們看未來汽車行業(yè)在增材應(yīng)用方面。從18年到2023年，年均符合增長(zhǎng)率高達(dá)28%，當(dāng)然這個(gè)數(shù)字既包括金屬的3D打印，也包括非金屬3D打印。也就是到2023年，全球市場(chǎng)體量會(huì)高達(dá)50億美金，在這中間我們認(rèn)為金屬機(jī)將占到非常大的比例。
    說到汽車非常重要的一個(gè)指標(biāo)性的東西就是燃油效率，這不光是汽車廠商的追求，實(shí)際上監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)于汽車廠商的硬性要求，不管是歐標(biāo)排放的要求，也包括美標(biāo)也好，在美國(guó)甚至有一些具體的州和城市要比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的更高，如果你的汽車不能達(dá)到它的排放和燃油效率的要求，車都不讓你進(jìn)城，這就為增材制造在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的天地。比如減重，最顯而易見的車身重下來的話，燃油消耗量就會(huì)降低。再包括車身空氣動(dòng)力學(xué)，為什么跑車那么漂亮？就是減少風(fēng)阻，效率會(huì)得到提高。渦輪增壓，通過發(fā)動(dòng)機(jī)可以把剛體變小，但保持同樣的功率輸出。再有是熱交換的管理，對(duì)于不管是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車也好，還是純電汽車也好，都有非常好的應(yīng)有。   
    這張圖是把一個(gè)車拆開，可以從發(fā)動(dòng)機(jī)部件看到，比如發(fā)動(dòng)機(jī)上熱交換器也好、燃油分布也好，體量比較重的活塞、進(jìn)氣氣管，甚至整個(gè)鋼體，曾經(jīng)在德國(guó)用著名SY2000打過整體的一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)剛體。當(dāng)然也包括車身，不管是底盤懸掛還是輪胎輪轂，前面幾位專家也講了，在輪胎方面，一些模具方面也可以在增材制造方面有很好的應(yīng)用。再有是制動(dòng)方面，都有很多應(yīng)用的空間。
    這里想跟大家強(qiáng)調(diào)一下，增材制造應(yīng)用在汽車零部件上，其實(shí)不是簡(jiǎn)單說這個(gè)東西現(xiàn)在用鑄件做出來的，我想辦法用增材的方式一對(duì)一打印出來，這種思維就錯(cuò)了，或者走入了死胡同。更多是要拋棄以往減材設(shè)計(jì)方面的束縛，充分利用增材的優(yōu)勢(shì)，不管是把部件整合也好，甚至在一些性能上的提升也好，把它考慮到你今后要替換這些加工方式的商業(yè)模式，說白了就是算投資回報(bào)率，這個(gè)投資回報(bào)率不是簡(jiǎn)單的替代，而是要外延擴(kuò)大來看。不光是制造成本降低，而且對(duì)車性能提升，這都是要做投資回報(bào)率計(jì)算的時(shí)候要考慮的因素，接下來我也會(huì)就這方面跟大家進(jìn)行分享。
    講到經(jīng)濟(jì)模型，非常重要的一點(diǎn)就是成本模型。做成本傳統(tǒng)來看，我們采用一種新的工藝進(jìn)入之后，無非就是料、工、費(fèi)，之外可能還要考慮運(yùn)行成本，包括后處理，因?yàn)槟壳皝碚f通過增材的方式，純粹通過增材還是不能達(dá)到最終件的要求，比如需要有熱處理，需要有機(jī)加工，這些也需要考慮進(jìn)去，包括檢驗(yàn)成本，出來之后一定要做質(zhì)量檢測(cè)。降低傳統(tǒng)意義上的成本，增材本身已經(jīng)有一系列的抓手可以用。比如，在打印機(jī)板上零件怎么擺放，是不是需要傾斜一點(diǎn)，同樣一臺(tái)機(jī)器如果這方面做好了優(yōu)化，可以幫助你提高打印速度，降低粉的損耗率，最終降低單件的成本。
    再有是對(duì)于不同打印的策略，你可以提高每層鋪粉的厚度，甚至可以調(diào)整一些材料的參數(shù)。比如選擇一些比較好的材料，或者優(yōu)化過的材料，對(duì)于一些在周邊需要精度的情況下你用激光速度慢的來打，但中間實(shí)心部分可以通過大激光快速掃描，這樣可以整體提高打印速度，最終提高降低增材制造成本的結(jié)果。當(dāng)然，這僅僅是對(duì)于成本降低的其中一部分，其實(shí)還有更多的，大家可能做成本模型的時(shí)候往往會(huì)被忽略掉的。所以接下來我會(huì)跟大家分享一下忽略掉的隱形的成本是什么。
    除了成本本身之外，其實(shí)有很多因素同樣需要很重要的考慮在商業(yè)模型里面，從內(nèi)向外一步一步解釋。成本模型剛才提到了，料、工、費(fèi)等等，再一個(gè)是通過增材制造出來的工件有可能比原來工件有更多性能上的提升，有可能是重量減輕那燃油經(jīng)濟(jì)效率就會(huì)提高，有可能是整合之后對(duì)于整個(gè)成本產(chǎn)品生命周期有提高，它可能更耐用了，傳統(tǒng)加工方式用5年，現(xiàn)在用增材的方式可以用10年，這些好處都要考慮進(jìn)去。單個(gè)部件看完之后，我們把視野再擴(kuò)展一些，如果我們把整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈和供應(yīng)鏈考慮進(jìn)去，昨天Mohammad講到一個(gè)非常著名的例子，如果我們的占有噴嘴用20個(gè)零部件才能湊成一個(gè)，現(xiàn)在用一次才能打出來，但是這20個(gè)零部件因?yàn)橛胁煌�的供�?yīng)商，我們匡算過，最重要組裝起來的話這些零部件要周游世界，繞世界幾十全到你的工廠最后組裝。3D打印出來之后，工人拿出來放在生產(chǎn)線上組裝，這樣對(duì)于供應(yīng)鏈的整合是革命性的。
    剛才所有講的是成本，如果熟悉財(cái)務(wù)的會(huì)知道，這都是屬于成本部分的。但是我們還要考慮，如果這種增材的設(shè)備或者部件帶來性能的提升，實(shí)際上可以幫你進(jìn)一步提升銷售，比你的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手早前一步，可以更多拓展你的市場(chǎng)。從銷售層面給你帶來的好處，也是需要在你的經(jīng)濟(jì)模型里頭匡算的。所以我們?cè)诳紤]整個(gè)經(jīng)濟(jì)模型的時(shí)候，除了傳統(tǒng)意義上成本因素考慮之外，還要把它對(duì)于性能的提升、供應(yīng)鏈的整合以及可能帶來的新的商機(jī)，整體這些因素都要考慮在內(nèi)。
    接下來我會(huì)就具體的可能帶來的好處充分展開。成本模型剛才已經(jīng)提到了，不再講了�？闪炕�性能上的改善，比如重量的減輕，提高了燃油的經(jīng)濟(jì)效率等等。供應(yīng)鏈的整合也提到了，有可能不用全球旅行之后，到這兒100米就可以，但其實(shí)還有很重要的一點(diǎn)，就是對(duì)于庫(kù)存的降低，因?yàn)?D打印對(duì)供應(yīng)鏈的控制都在你工廠下，不要依賴于你的供應(yīng)商，汽車供應(yīng)鏈已經(jīng)非常精益了，再?gòu)氖�頭擠出油來可能要靠突破性的技術(shù)才可以，而增材就有可能是利用的抓手，庫(kù)存降低也好、運(yùn)費(fèi)也好，對(duì)供應(yīng)鏈都有優(yōu)化的過程。最后如果這些東西都做的好，可以幫助你比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手有更多的優(yōu)勢(shì)，贏得新的市場(chǎng)。
    我再舉航空的一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。燃油噴嘴出來之后，原來主要是用在商用飛機(jī)載體客機(jī)上，原來三個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，其中最大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手就是RR，有了燃油噴嘴使得燃油經(jīng)濟(jì)效能提升了20%，重量降低了5%，原來市場(chǎng)50：50，現(xiàn)在市場(chǎng)變成了我們占70%，它們占30。所以這方面帶來的提升是最大的。
    下面舉一些例子，眼見為實(shí)。
    第一個(gè)例子，有關(guān)汽車所謂的熱交換、熱能的管理。熟悉汽車的都知道，不光汽車前面有散熱器，其實(shí)很多部件都會(huì)用到散熱器。有了增材制造工具之后，有了設(shè)計(jì)的自由度之后，把多個(gè)散熱器整合在一起，甚至按照車身的形狀，把它按照相應(yīng)的形狀打印出來，不光可以把多個(gè)部件整合在一個(gè)部件，甚至打印出來的形狀可以讓車減少風(fēng)阻，提高燃油經(jīng)濟(jì)效率。這是從GE過去幾年的經(jīng)驗(yàn)，看到有可能短期內(nèi)很快幫你提升立竿見影，見到效果的一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景。
    第二個(gè)例子，渦輪增壓器的可體。這也是我們實(shí)驗(yàn)室說，如果通過3D打印材料，好的設(shè)計(jì)，可以讓整體的熱降低30%，整體重量降低14%，這樣多快好省達(dá)到了同樣的性能效果。
    汽車制動(dòng)系統(tǒng)又是一個(gè)非常經(jīng)典的應(yīng)用場(chǎng)景，根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)槟銚碛辛嗽O(shè)計(jì)的自由度，你可以通過更加復(fù)雜的幾何設(shè)計(jì)，能夠保證一些傳統(tǒng)的鑄造方式達(dá)不到的，但是現(xiàn)在3D打印方式可以實(shí)現(xiàn)。通過它實(shí)現(xiàn)之后，一些新材料的應(yīng)用可以有更好的空氣動(dòng)力學(xué)，可以減少機(jī)體的需要量，能夠達(dá)到同樣的效率，同時(shí)還能夠做到成本的節(jié)約和性能的提升。
    對(duì)于傳統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，如果能夠巧妙應(yīng)用增材制造設(shè)計(jì)和制造的方式，也能夠提高能量的輸出密度，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。比如在缸蓋上通過一些集成冷卻的方式，可以讓它的冷卻效率更高，點(diǎn)火系統(tǒng)也可以優(yōu)化。通過一些設(shè)計(jì)，可以讓它的燃料預(yù)混，點(diǎn)火之后效率更高，包括一些活塞增材材料制造，可以抗耐久性和對(duì)于溫度適應(yīng)的能力也能夠提高，包括它的密封性。包括通過熱交換的管理，能夠減少它的變形，溫度分布更加均勻。
    另外，我們認(rèn)為有非常好利用前景的，就是如何通過3D打印的方式實(shí)現(xiàn)既能夠讓車身這些主體，主框架結(jié)構(gòu)既能夠輕量化，同時(shí)又能夠滿足在碰撞中吸能的要求。包括圖片上的精細(xì)結(jié)構(gòu)，實(shí)際上通過一些好的設(shè)計(jì)，能夠魚肉和熊掌同時(shí)兼得。
    在汽車生產(chǎn)流水線上的工裝、夾具、固定裝置等等，這是另外一個(gè)非常有前景的應(yīng)用場(chǎng)景，因?yàn)檫@些根據(jù)不同車型、不同整車廠需求需要做一些微調(diào)、定制，沒有標(biāo)準(zhǔn)件。但是按照傳統(tǒng)的做法，可能有些工裝夾具，如果做到定制化會(huì)很難，因?yàn)殚_模費(fèi)用很貴，即便能做到也會(huì)導(dǎo)致開模費(fèi)用很貴。但如果能夠通過3D打印方式來實(shí)現(xiàn)，就可以起到事倍功半的作用。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，我們預(yù)期這么做至少?gòu)拈_模角度來看降低成本20%。
    （PPT圖示）這是真正用我們一臺(tái)最小的激光機(jī)器打出來的一個(gè)實(shí)實(shí)在在的例子。大家可能有感受，前兩天杭州這么熱，車在外面放了很長(zhǎng)時(shí)間，一摸檔把很熱，打印旋轉(zhuǎn)冷卻可以達(dá)到29度，可以帶來很直觀的感覺。
    最后再舉一個(gè)例子，剛才我也簡(jiǎn)單提到過集成發(fā)動(dòng)機(jī)剛體的打印，里面有非常復(fù)雜的冷卻孔道和燃油、潤(rùn)滑油分布的孔道，它的背景隱隱約約是虛化的，目前全球范圍內(nèi)也是在激光鋪粉里面成形面積最大的一款機(jī)型，叫SY2000，它的成形尺寸是800SX500Y，軸高是800、400、500。實(shí)話實(shí)說，用這種方式來打發(fā)動(dòng)機(jī)剛體絕對(duì)不是現(xiàn)在量產(chǎn)能夠從成本上短期內(nèi)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)的，但這至少給到大家一個(gè)腦洞大開的機(jī)會(huì)，這是在未來有可能實(shí)現(xiàn)的，這種無限的可能就在各位在座手中。
    今天大家也比較累了，所以做軟文廣告的部分我盡可能精簡(jiǎn)一些。GE增材正是因?yàn)槠鸺沂窃诤娇�，今天上午包括昨天，如果聽到老莫講演的話，這兩個(gè)東西大家就會(huì)比較熟悉了，燃油噴嘴和我將發(fā)動(dòng)機(jī)，正是這些在我們公司得到了鍛煉，我們現(xiàn)在專門組成了工程咨詢團(tuán)隊(duì)，希望能夠把這個(gè)經(jīng)驗(yàn)帶到航空航天以外的行業(yè)，讓大家少走彎路，讓大家實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。
    這款我將發(fā)動(dòng)機(jī)誕生之前，我們這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)軸占有了90%的市場(chǎng)份額，30年GE沒有辦法把它干掉。這款發(fā)動(dòng)機(jī)出來之后，到目前為止它試飛還沒有成功，已經(jīng)拿到6千臺(tái)的訂單，現(xiàn)在也可以說是半壁江山。這就是增材應(yīng)用好的話，不光是降成本，提高性能，實(shí)際上對(duì)于一個(gè)行業(yè)來說，對(duì)于某個(gè)細(xì)分市場(chǎng)來說可以幫助你轉(zhuǎn)敗為勝，可以幫助你贏得客戶。
    GE提供整個(gè)增材制造解決方案的時(shí)候，并不只是單獨(dú)說我有硬件，我有3D打印機(jī)，我有粉末，我有軟件，包括工程咨詢服務(wù)，同時(shí)它構(gòu)建了一個(gè)生態(tài)圈。再有是軟件本身，所有的機(jī)器如果需要都可以連在這個(gè)平臺(tái)上，進(jìn)行云計(jì)算或者預(yù)防性維護(hù)也好。Geonx是做仿真軟件的，可以減少試錯(cuò)的成本，至少可以縮小備選的方案。還客戶全球體驗(yàn)中心等等。GE增材雖然很棒，但不是一個(gè)人在作戰(zhàn)，實(shí)際上GE很多兄弟單位都在幫助我們推這個(gè)技術(shù)，開拓這個(gè)市場(chǎng)。GE中央研究院有1000到1500多名材料專家，共同幫助增材客戶研發(fā)出更多的、更好的增材打印需要的粉末和材料。
    （PPT圖示）從硬件設(shè)備來看，從小到大，最左邊是小型的，剛才提到的檔把，就是用它打出來的。中間是中型的，特別是像M2，燃油噴嘴就是用它打的，天上飛的2萬多件燃油噴嘴就是它打出來的，是我們的主力機(jī)型，是跑的最快的一款機(jī)型。剩下的是大家伙，尺寸最大的可以達(dá)到800X400X500，中間這臺(tái)就是剛才在大眾打出來整體發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸。
    （PPT圖示）這款有可能會(huì)成為顛覆汽車行業(yè)的新的技術(shù)，剛才提到激光部分技術(shù)、電子束熔融技術(shù)，這款叫黏合劑噴射技術(shù)，這款機(jī)型是2017年研發(fā)出來的，整個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)從創(chuàng)意到最終拿出樣機(jī)47天，這是在GE歷史上任何業(yè)務(wù)板塊里面沒有這么快拿出來的但同時(shí)又非常出色的一款機(jī)型。它的特點(diǎn)是打印速度非常快，成漿速度非�？欤�而且通過后處理之后它的尺寸、收縮控制的非常到位，非常好。而且里面用到的材料，就是剛才提到的GE全球研發(fā)中心幾千個(gè)材料專家中幾個(gè)人開發(fā)出來的非常好的粘結(jié)劑。這個(gè)技術(shù)為什么有可能會(huì)成為顛覆汽車行業(yè)的設(shè)備呢？最后如果達(dá)到理想狀態(tài)，它打印出來的零部件成本可以和低價(jià)的鑄件去抗衡。目前還是樣機(jī)，前途很光明，道路是曲折的，但是我們想提升曲折道路前進(jìn)的進(jìn)程，目前我們?cè)谌�球范圍�?nèi)，特別是在針對(duì)汽車行業(yè)在尋找一些敢吃螃蟹的人，和我們一起把這款機(jī)型按照客戶的需求，按照選擇好的部件，共同把這個(gè)設(shè)備完善，而且這個(gè)設(shè)備本身光靠它不行，為什么我們需要找到業(yè)內(nèi)的人士合作呢？因?yàn)樗�的前處理、后處理，都需要業(yè)內(nèi)人士和我們配合一起來做，要做出整條生產(chǎn)線，這樣才能真正發(fā)揮它最大的潛力。我們未來兩到三年都會(huì)花精力做這個(gè)事情，所以希望在中國(guó)成為吃螃蟹的，真正作為顛覆整個(gè)行業(yè)的，有這種雄心壯志的企業(yè)老總、老板，可以會(huì)后來找我溝通。
    材料也是我們非常關(guān)注的一點(diǎn)，最簡(jiǎn)單的一個(gè)例子，傳統(tǒng)的理光打印機(jī)，到最后打印機(jī)本身可以免費(fèi)送給你，但是你要買我的紙、我的耗材，這是最后賺錢的地方，所以我們1000多個(gè)材料專家很忙�，F(xiàn)在目前已經(jīng)能夠打印的，被證明好用的，現(xiàn)在在我們產(chǎn)品目錄里面大概有47種材料可以打印。更多是來自于以前比較熟悉的行業(yè)，比如像航空航天。在未來一年我們認(rèn)為材料清單會(huì)進(jìn)一步翻番，而且其中有很多部分是為了針對(duì)汽車行業(yè)來開發(fā)的。所以大家可以拭目以待，明年我們?cè)賮磉@邊做講演的話，估計(jì)這一頁(yè)紙不夠用了。
    今天是禮拜五，如果我前面講的全部忘掉的話，這頁(yè)紙一定記住，為什么GE是你們?cè)谠霾闹圃爝@條路是很好的伙伴？濃縮成一句話，就是我們?cè)��?jīng)做過，我們到過那里，而且知道那里面的辛酸苦辣，知道里面的高低起伏。如果你想做的話和我們來合作，我們可以軟硬兼施，硬件、軟件全部有，陪伴你走完整個(gè)增材之旅，少走彎路，盡快達(dá)到理想的頂端。

    主持人：非常感謝。剛才介紹了GE在增材制造方面做的大量的工作和投入，以及在各行各業(yè)的滲透。所以GE在全球領(lǐng)域來說，體量是最大的公司之一，他們已經(jīng)在這方面做了這么大的投入，而且他們目前來說是不計(jì)回報(bào)的投入，他們一定是深度相信以及看好這個(gè)技術(shù)，而且我相信這個(gè)技術(shù)在中國(guó)一定能找到志同道合的人一起去做。
    這個(gè)論壇現(xiàn)在結(jié)束，呼吁一下，希望所有在增材領(lǐng)域奔著讓世界變得更美麗，更多的減少浪費(fèi)，更多的讓各種各樣的浪費(fèi)能夠得到大幅減少，把工作變得更有效，能夠通過創(chuàng)意或者把創(chuàng)意直接轉(zhuǎn)化為好產(chǎn)品的手段，奔著這些目的和理想，我們一起把增材設(shè)計(jì)、把增材制造努力做成中國(guó)在這方面的世界冠軍，我們一起努力把它做成世界冠軍。
    謝謝大家今天的時(shí)間。