特斯拉顛覆汽車制造的一體化壓鑄技術(shù)，增材制造功不可沒

導(dǎo)讀：近年來，新能源汽車行業(yè)發(fā)展迅猛，在汽車底盤的制造工藝上，特斯拉率先實現(xiàn)了一項重大突破，采用了一體化壓鑄技術(shù)來制造車身部件。而在制造一體化壓鑄模具的過程中，特斯拉使用到了增材制造 (AM)技術(shù)，其他汽車制造商也紛紛跟進，增材制造一時間成為革新汽車制造工藝的重要創(chuàng)新應(yīng)用。

顛覆汽車制造工藝，特斯拉一體壓鑄技術(shù)

傳統(tǒng)的汽車底盤，一般是將成百上千個零部件焊接在一起，形成三段式結(jié)構(gòu)。而特斯拉一體壓鑄技術(shù)，直接把多個電動汽車車身底盤零部件，壓鑄成一個整體件。這樣一來，不但降低了汽車的制造成本，而且車身會更加穩(wěn)定堅固，開發(fā)一款新車的時間縮短至18-24個月。用一個大型壓鑄機，就可以讓產(chǎn)線二三百個機器人集體“下線”，單這一項就能省不少成本。

圖源：國海證券研究所報告

據(jù)悉，一體化壓鑄的Model Y車身前&后地板，相比傳統(tǒng)沖壓&焊接工藝零部件減少169個，成本大幅下降。目前，特斯拉的一體化已經(jīng)進化到2.0階段，上海超級工廠生產(chǎn)的Model Y，就是用的一體壓鑄技術(shù)2.0。原本多個散件集成為一個零件，生產(chǎn)效大幅爬升，相比傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，車身系統(tǒng)的重量，可以減少超10%。最重要的還是降本，得益于結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，Model Y后底板總成系統(tǒng)采用一體壓鑄方式后，成本狂降40%。

△特斯拉一體化壓鑄車身零件

在認識到這一技術(shù)的巨大好處后，其它車企紛紛快速追趕，包括豐田、通用、福特等大批傳統(tǒng)車企，以及蔚來、小鵬汽車、高合汽車等造車新勢力，相繼與合作伙伴研發(fā)一體壓鑄技術(shù)。

一體化壓鑄技術(shù)的好處不言而喻，既能提高生產(chǎn)效率，又能降低成本，但也不是完全沒有缺點，最大的問題就是壓鑄設(shè)備及壓鑄模具。目前特斯拉用于Model Y車身件的一體壓鑄機是鎖模力為6000噸級別的壓鑄機。而其擁有的鎖模力最大的機器是專為生產(chǎn)Cybertruck打造的9000噸級別壓鑄機。而要實現(xiàn)整個車身底部一體式壓鑄，據(jù)測算，需要鎖模力達16000噸的機器。

△一體化壓鑄設(shè)備

壓鑄模具的研發(fā)成本也相當(dāng)高，有鑄造專家稱，一旦制造出大型金屬試模，在設(shè)計過程中的一次加工調(diào)整，就可能會花費10萬美元，而重新制造模具，更是可能需要150萬美元。除非模具能一次滿足設(shè)計需求，否則后期調(diào)整變更，甚至報廢都是一筆很大的費用。

一般情況下，大型金屬模具的整個設(shè)計過程需要花費約400萬美元，而這一過程往往需要重復(fù)五六次甚至更多才能達到完美狀態(tài)。不過特斯拉一開始就想到了怎么解決這個問題——用3D 打印。

據(jù)悉，馬斯克為了將車身底部鑄造成一個整體，求助了使用 3D 打印機用工業(yè)砂制作測試模具的公司 Tooling & Equipment International（TEI）。簡單來說，就是利用3D打印機將液體粘合劑沉積在薄薄的砂層上，然后一層一層地制造出砂型或砂芯，配合壓鑄模來鑄造驗證，等驗證完成再去開模具，從而降低壓鑄模具制造過程中的修改和失敗成本。而并不是特斯拉用砂型3D打印機來打印壓鑄模具。

△TEI 使用Voxeljet VX4000 3D打印砂型

同時3D打印的另一個好處是可以節(jié)約開發(fā)時間，據(jù)路透社報道，使用3D打印設(shè)備，在幾小時內(nèi)就能重新打印出一個新原型，因此特斯拉可以根據(jù)設(shè)計需求多次反復(fù)進行調(diào)整。在時間方面，使用砂型鑄造的設(shè)計驗證周期只需要2到3個月，而金屬模具原型則需要半年到一年的時間。

特斯拉3D打印核心供應(yīng)商，被通用汽車收購

特斯拉的一體化壓鑄技術(shù)的一個關(guān)鍵供應(yīng)商是TEI 提供的砂型3D打印技術(shù)，TEI 等公司用工業(yè)用砂制作測試模具，并使用3D打印機制造出能夠澆鑄熔融合金的砂模。這種方法的主要優(yōu)點是可以快速打印砂模，然后以最低成本多次重復(fù)打印，對模具設(shè)計進行微調(diào)和校正。據(jù)透露，今年特斯拉在進一步推動使用3D打印砂模來一次性鑄造大型復(fù)雜汽車零部件的工藝，旨在通過加快和降低汽車制造成本來徹底改變汽車制造業(yè)。
這種方法可能會大幅降低生產(chǎn)電動汽車（EV）所需的成本和時間，尤其是對于汽車底盤等大型零部件。傳統(tǒng)金屬模具在修改上昂貴且耗時長，但3D打印砂模提供了一種更靈活、成本效益更高的解決方案，可以快速進行設(shè)計修改和創(chuàng)新。這一發(fā)展符合特斯拉的“非約束式”制造戰(zhàn)略，該戰(zhàn)略旨在簡化生產(chǎn)流程，降低成本，進一步鞏固特斯拉在汽車行業(yè)的顛覆者地位。

然而，就在今年11月，通用汽車（GM）宣布完成對 TEI 的收購，交易金額超過1億美元（7.2億人民幣），TEI 曾利用砂型3D打印技術(shù)協(xié)助特斯拉開發(fā)車身一體化壓鑄技術(shù)。

其他有望用于一體化壓鑄的3D打印技術(shù)

實際上，3D打印技術(shù)在汽車制造中還有很多其他應(yīng)用，包括上述的3D打印砂型可以用于鑄造發(fā)動機缸體，金屬3D打印也可以直接用于打印汽車金屬件或者制造壓鑄模具鑲件，高分子3D打印技術(shù)可以用于制造汽車內(nèi)外飾件等。

在副車架試制的過程中，湖州美邁科技通過使用混合3D打印技術(shù)(3D打印+精密金屬熱成型技術(shù))，讓新能源副車架的結(jié)構(gòu)在集成細小部件的同時，還能保持整體結(jié)構(gòu)的精簡性，在測試過程中，試制的副車架也滿足減震、剛度等維度的性能要求，讓人們看到汽車研發(fā)制造的新選擇。

△湖州美邁科技制造的新能源副車架

蘇州勻晶科技成功研制出適用于新能源汽車下車身一體化壓鑄的低成本、長壽命、超大尺寸熱作模具鋼隨形控溫鑲件，可將壓鑄件關(guān)鍵部位的缺陷率減少100-450%，使生產(chǎn)效率提高30-100%，產(chǎn)品已批量供貨國內(nèi)外主流新能源車企。

△勻晶科技為某壓鑄企業(yè)制造的澆口分流器

END

那么是否可以用3D打印機直接打印壓鑄模具呢？目前仍存在很多技術(shù)難題需要突破，首先是壓鑄模具材料，壓鑄模具的材料選擇直接影響著模具的精度、壽命和成本，常用的壓鑄模具材料包括工具鋼、合金鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷等，要研發(fā)出適合3D打印的壓鑄模具材料。

其次，目前特斯拉已經(jīng)能夠制造出長達1.8米的巨型鑄件，而模具的尺寸要更大，這已經(jīng)超出了當(dāng)前SLM 金屬3D打印技術(shù)的尺寸極限，需要更大打印尺寸的打印機，或者能夠?qū)⒛＞叻指畲蛴　?br />