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GE增材:3D打印與汽車制造產(chǎn)業(yè)鏈

3D打印直播
2018
07/28
09:29
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AMCC2018杭州大會的高峰論壇,“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)場聆聽了專家們的演講。下面是現(xiàn)場速記的文字記錄。


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

    陳燚(音譯):簡單介紹一下,Joe Hampshire是GE增材工程咨詢團隊的產(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。所以這次有機會能夠請到他從美國不遠萬里趕過來,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候跑到南昌,折騰了四五個小時,最后10點多才到,所以他有點累,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增材中國區(qū)負責(zé)銷售和服務(wù)的總經(jīng)理陳(音譯),希望有機會和在座各位能夠為增材在汽車行業(yè)的推動一起努力,希望能夠幫到大家。

    Joe Hampshire:首先非常感謝組委會邀請我來,也感謝大家今天來聽我的匯報,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,在接下來的時間里頭希望能夠跟大家分享過去這五年得到的一些體會。
    GE選擇任何市場進入前,一定要做前期的市場調(diào)研,市場到底有多大,我們看未來汽車行業(yè)在增材應(yīng)用方面。從18年到2023年,年均符合增長率高達28%,當(dāng)然這個數(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,全球市場體量會高達50億美金,在這中間我們認為金屬機將占到非常大的比例。
    說到汽車非常重要的一個指標性的東西就是燃油效率,這不光是汽車廠商的追求,實際上監(jiān)管機構(gòu)對于汽車廠商的硬性要求,不管是歐標排放的要求,也包括美標也好,在美國甚至有一些具體的州和城市要比國家標準要求的更高,如果你的汽車不能達到它的排放和燃油效率的要求,車都不讓你進城,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,燃油消耗量就會降低。再包括車身空氣動力學(xué),為什么跑車那么漂亮?就是減少風(fēng)阻,效率會得到提高。渦輪增壓,通過發(fā)動機可以把剛體變小,但保持同樣的功率輸出。再有是熱交換的管理,對于不管是傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車也好,還是純電汽車也好,都有非常好的應(yīng)有。   
    這張圖是把一個車拆開,可以從發(fā)動機部件看到,比如發(fā)動機上熱交換器也好、燃油分布也好,體量比較重的活塞、進氣氣管,甚至整個鋼體,曾經(jīng)在德國用著名SY2000打過整體的一個發(fā)動機剛體。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。再有是制動方面,都有很多應(yīng)用的空間。
    這里想跟大家強調(diào)一下,增材制造應(yīng)用在汽車零部件上,其實不是簡單說這個東西現(xiàn)在用鑄件做出來的,我想辦法用增材的方式一對一打印出來,這種思維就錯了,或者走入了死胡同。更多是要拋棄以往減材設(shè)計方面的束縛,充分利用增材的優(yōu)勢,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率,這個投資回報率不是簡單的替代,而是要外延擴大來看。不光是制造成本降低,而且對車性能提升,這都是要做投資回報率計算的時候要考慮的因素,接下來我也會就這方面跟大家進行分享。
    講到經(jīng)濟模型,非常重要的一點就是成本模型。做成本傳統(tǒng)來看,我們采用一種新的工藝進入之后,無非就是料、工、費,之外可能還要考慮運行成本,包括后處理,因為目前來說通過增材的方式,純粹通過增材還是不能達到最終件的要求,比如需要有熱處理,需要有機加工,這些也需要考慮進去,包括檢驗成本,出來之后一定要做質(zhì)量檢測。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,在打印機板上零件怎么擺放,是不是需要傾斜一點,同樣一臺機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,這僅僅是對于成本降低的其中一部分,其實還有更多的,大家可能做成本模型的時候往往會被忽略掉的。所以接下來我會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、費等等,再一個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)濟效率就會提高,有可能是整合之后對于整個成本產(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去。單個部件看完之后,我們把視野再擴展一些,如果我們把整個產(chǎn)業(yè)鏈和供應(yīng)鏈考慮進去,昨天Mohammad講到一個非常著名的例子,如果我們的占有噴嘴用20個零部件才能湊成一個,現(xiàn)在用一次才能打出來,但是這20個零部件因為有不同的供應(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,如果熟悉財務(wù)的會知道,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,實際上可以幫你進一步提升銷售,比你的競爭對手早前一步,可以更多拓展你的市場。從銷售層面給你帶來的好處,也是需要在你的經(jīng)濟模型里頭匡算的。所以我們在考慮整個經(jīng)濟模型的時候,除了傳統(tǒng)意義上成本因素考慮之外,還要把它對于性能的提升、供應(yīng)鏈的整合以及可能帶來的新的商機,整體這些因素都要考慮在內(nèi)。
    接下來我會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。可量化性能上的改善,比如重量的減輕,提高了燃油的經(jīng)濟效率等等。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,但其實還有很重要的一點,就是對于庫存的降低,因為3D打印對供應(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,再從石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,庫存降低也好、運費也好,對供應(yīng)鏈都有優(yōu)化的過程。最后如果這些東西都做的好,可以幫助你比競爭對手有更多的優(yōu)勢,贏得新的市場。
    我再舉航空的一個簡單的例子。燃油噴嘴出來之后,原來主要是用在商用飛機載體客機上,原來三個競爭對手,其中最大的競爭對手就是RR,有了燃油噴嘴使得燃油經(jīng)濟效能提升了20%,重量降低了5%,原來市場50:50,現(xiàn)在市場變成了我們占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。
    第一個例子,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,其實很多部件都會用到散熱器。有了增材制造工具之后,有了設(shè)計的自由度之后,把多個散熱器整合在一起,甚至按照車身的形狀,把它按照相應(yīng)的形狀打印出來,不光可以把多個部件整合在一個部件,甚至打印出來的形狀可以讓車減少風(fēng)阻,提高燃油經(jīng)濟效率。這是從GE過去幾年的經(jīng)驗,看到有可能短期內(nèi)很快幫你提升立竿見影,見到效果的一個應(yīng)用場景。
    第二個例子,渦輪增壓器的可體。這也是我們實驗室說,如果通過3D打印材料,好的設(shè)計,可以讓整體的熱降低30%,整體重量降低14%,這樣多快好省達到了同樣的性能效果。
    汽車制動系統(tǒng)又是一個非常經(jīng)典的應(yīng)用場景,根據(jù)我們的經(jīng)驗,因為你擁有了設(shè)計的自由度,你可以通過更加復(fù)雜的幾何設(shè)計,能夠保證一些傳統(tǒng)的鑄造方式達不到的,但是現(xiàn)在3D打印方式可以實現(xiàn)。通過它實現(xiàn)之后,一些新材料的應(yīng)用可以有更好的空氣動力學(xué),可以減少機體的需要量,能夠達到同樣的效率,同時還能夠做到成本的節(jié)約和性能的提升。
    對于傳統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動機,如果能夠巧妙應(yīng)用增材制造設(shè)計和制造的方式,也能夠提高能量的輸出密度,提高發(fā)動機的效率。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,點火系統(tǒng)也可以優(yōu)化。通過一些設(shè)計,可以讓它的燃料預(yù)混,點火之后效率更高,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,我們認為有非常好利用前景的,就是如何通過3D打印的方式實現(xiàn)既能夠讓車身這些主體,主框架結(jié)構(gòu)既能夠輕量化,同時又能夠滿足在碰撞中吸能的要求。包括圖片上的精細結(jié)構(gòu),實際上通過一些好的設(shè)計,能夠魚肉和熊掌同時兼得。
    在汽車生產(chǎn)流水線上的工裝、夾具、固定裝置等等,這是另外一個非常有前景的應(yīng)用場景,因為這些根據(jù)不同車型、不同整車廠需求需要做一些微調(diào)、定制,沒有標準件。但是按照傳統(tǒng)的做法,可能有些工裝夾具,如果做到定制化會很難,因為開模費用很貴,即便能做到也會導(dǎo)致開模費用很貴。但如果能夠通過3D打印方式來實現(xiàn),就可以起到事倍功半的作用。根據(jù)我們的經(jīng)驗,我們預(yù)期這么做至少從開模角度來看降低成本20%。
    (PPT圖示)這是真正用我們一臺最小的激光機器打出來的一個實實在在的例子。大家可能有感受,前兩天杭州這么熱,車在外面放了很長時間,一摸檔把很熱,打印旋轉(zhuǎn)冷卻可以達到29度,可以帶來很直觀的感覺。
    最后再舉一個例子,剛才我也簡單提到過集成發(fā)動機剛體的打印,里面有非常復(fù)雜的冷卻孔道和燃油、潤滑油分布的孔道,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型,叫SY2000,它的成形尺寸是800SX500Y,軸高是800、400、500。實話實說,用這種方式來打發(fā)動機剛體絕對不是現(xiàn)在量產(chǎn)能夠從成本上短期內(nèi)經(jīng)濟實現(xiàn)的,但這至少給到大家一個腦洞大開的機會,這是在未來有可能實現(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一些。GE增材正是因為起家是在航空,今天上午包括昨天,如果聽到老莫講演的話,這兩個東西大家就會比較熟悉了,燃油噴嘴和我將發(fā)動機,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隊,希望能夠把這個經(jīng)驗帶到航空航天以外的行業(yè),讓大家少走彎路,讓大家實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。
    這款我將發(fā)動機誕生之前,我們這個競爭對軸占有了90%的市場份額,30年GE沒有辦法把它干掉。這款發(fā)動機出來之后,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,實際上對于一個行業(yè)來說,對于某個細分市場來說可以幫助你轉(zhuǎn)敗為勝,可以幫助你贏得客戶。
    GE提供整個增材制造解決方案的時候,并不只是單獨說我有硬件,我有3D打印機,我有粉末,我有軟件,包括工程咨詢服務(wù),同時它構(gòu)建了一個生態(tài)圈。再有是軟件本身,所有的機器如果需要都可以連在這個平臺上,進行云計算或者預(yù)防性維護也好。Geonx是做仿真軟件的,可以減少試錯的成本,至少可以縮小備選的方案。還客戶全球體驗中心等等。GE增材雖然很棒,但不是一個人在作戰(zhàn),實際上GE很多兄弟單位都在幫助我們推這個技術(shù),開拓這個市場。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,是我們的主力機型,是跑的最快的一款機型。剩下的是大家伙,尺寸最大的可以達到800X400X500,中間這臺就是剛才在大眾打出來整體發(fā)動機的氣缸。
    (PPT圖示)這款有可能會成為顛覆汽車行業(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),這款機型是2017年研發(fā)出來的,整個設(shè)計團隊從創(chuàng)意到最終拿出樣機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又非常出色的一款機型。它的特點是打印速度非?欤蓾{速度非?欤彝ㄟ^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)中心幾千個材料專家中幾個人開發(fā)出來的非常好的粘結(jié)劑。這個技術(shù)為什么有可能會成為顛覆汽車行業(yè)的設(shè)備呢?最后如果達到理想狀態(tài),它打印出來的零部件成本可以和低價的鑄件去抗衡。目前還是樣機,前途很光明,道路是曲折的,但是我們想提升曲折道路前進的進程,目前我們在全球范圍內(nèi),特別是在針對汽車行業(yè)在尋找一些敢吃螃蟹的人,和我們一起把這款機型按照客戶的需求,按照選擇好的部件,共同把這個設(shè)備完善,而且這個設(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?因為它的前處理、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花精力做這個事情,所以希望在中國成為吃螃蟹的,真正作為顛覆整個行業(yè)的,有這種雄心壯志的企業(yè)老總、老板,可以會后來找我溝通。
    材料也是我們非常關(guān)注的一點,最簡單的一個例子,傳統(tǒng)的理光打印機,到最后打印機本身可以免費送給你,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。在未來一年我們認為材料清單會進一步翻番,而且其中有很多部分是為了針對汽車行業(yè)來開發(fā)的。所以大家可以拭目以待,明年我們再來這邊做講演的話,估計這一頁紙不夠用了。
    今天是禮拜五,如果我前面講的全部忘掉的話,這頁紙一定記住,為什么GE是你們在增材制造這條路是很好的伙伴?濃縮成一句話,就是我們曾經(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,陪伴你走完整個增材之旅,少走彎路,盡快達到理想的頂端。

    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回報的投入,他們一定是深度相信以及看好這個技術(shù),而且我相信這個技術(shù)在中國一定能找到志同道合的人一起去做。
    這個論壇現(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,更多的讓各種各樣的浪費能夠得到大幅減少,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、把增材制造努力做成中國在這方面的世界冠軍,我們一起努力把它做成世界冠軍。
    謝謝大家今天的時間。


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