深評(píng)：從布加迪說(shuō)起 3D打印如何減重？

2019年03月19日 20:00 原創(chuàng) 來(lái)源：汽車之家

　　[汽車之家深評(píng)] 最近網(wǎng)友有個(gè)問(wèn)題：為什么討論頂級(jí)超跑（hyper car）的時(shí)候總是默認(rèn)布加迪不在討論范圍內(nèi)？排名第一的回答是：因?yàn)樗揪筒皇琼敿?jí)，它是超頂級(jí)。從0加速到400km/h，再減速至0，總共只需要41.96秒。油門一踩，直接開(kāi)向人生巔峰的感覺(jué)。

　　超跑對(duì)于車身的輕量化是非�？粗氐�，幾公斤都會(huì)影響性能的表現(xiàn)。但受限于傳統(tǒng)制造技術(shù)，一些創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)和材料存在“設(shè)計(jì)得出卻造不出”的問(wèn)題，而3D打印技術(shù)可直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件。布加迪在Chiron(參數(shù)|詢價(jià))這款超跑上就采用了3D打印技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)減重。

●《深評(píng)問(wèn)道》是什么？

　　《深評(píng)問(wèn)道》是汽車之家首個(gè)面向行業(yè)端用戶打造的節(jié)目，特約汽車行業(yè)資深從業(yè)者執(zhí)筆，獨(dú)家解析／揭秘行業(yè)大事件。除了熱鬧表象，我們更想向您呈現(xiàn)對(duì)事物本質(zhì)、因果以及未來(lái)可能性的探究和思考。

　　本期行業(yè)評(píng)論員——張抗抗，清華大學(xué)汽車系博士，專注于電動(dòng)汽車技術(shù)研究。曾任上汽乘用車功能安全工程師，現(xiàn)任北京紫晶立方科技有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人。

30秒快速了解核心論點(diǎn) ：

　　1、憑借特種材料與特種結(jié)構(gòu)的加工優(yōu)勢(shì)，金屬3D打印已經(jīng)在量產(chǎn)豪華超跑車型上的應(yīng)用趨于成熟，可實(shí)現(xiàn)顯著的輕量化效果。
　　2、除了應(yīng)用在千萬(wàn)元級(jí)的布加迪超跑之外，在百萬(wàn)元級(jí)的寶馬i8上也有所應(yīng)用，核心價(jià)值在于輕量化。
　　3、金屬3D打印所應(yīng)用的量產(chǎn)車型若想進(jìn)一步下探，需要等待3D打印技術(shù)進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。先進(jìn)主機(jī)廠已啟動(dòng)相關(guān)預(yù)研項(xiàng)目，使公司研發(fā)人員提前了解下一代制造技術(shù)�！　�

　　話不多說(shuō)，直接看下面視頻。

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　　據(jù)說(shuō)布加迪Chiron的買家，平均有擁有42輛車，至少一架私人飛機(jī)，一艘游艇。Chiron每輛三四千萬(wàn)元的價(jià)格，對(duì)這些買家來(lái)說(shuō)也算不上什么了。我是不是膨脹了，竟然敢寫這個(gè)車了。人們對(duì)Chiron的印象主要是：加速特別快、極速特別高。實(shí)際上，Chiron還對(duì)兩個(gè)事情情有獨(dú)鐘、孜孜不倦：

●減重：俗話說(shuō)，馬力大一匹，不如減十斤。Chiron的前代車型威航（Veyron）的馬力重量比就低于1kg/hp，Super Sport版本又降低50kg，計(jì)劃在SuperVeyron版本中再減重250kg。

●減速：布加迪一直強(qiáng)調(diào)剎車性能要更為出色，這也是為啥它每次都是演示加速-減速兩個(gè)過(guò)程。

　　『布加迪 Chiron』

　　既在意減重、又在意剎車，于是布加迪Chiron就拿剎車卡鉗開(kāi)刀了！為啥減重非要3D打��？在保證性能的前提下，剎車卡鉗的減重思路有兩個(gè)：

●換材料：鋼的強(qiáng)度雖高，但也很重，綜合起來(lái)不如鋁合金。比鋁合金的強(qiáng)度/重量比更強(qiáng)的是誰(shuí)呢？那就是鈦合金了！但鈦合金存在一個(gè)問(wèn)題，那就是切削加工困難，抗磨性差，總之就是不好加工。

●換結(jié)構(gòu)：現(xiàn)有的剎車卡鉗結(jié)構(gòu)，已經(jīng)是千錘百煉的了，還有優(yōu)化空間嗎？那就是所謂的仿生設(shè)計(jì)了！在大名鼎鼎的Boston Dynamics機(jī)器人上（如下圖），為了減重就使用了這種仿生設(shè)計(jì)方法。但仿生設(shè)計(jì)存在一個(gè)問(wèn)題：那就是存在中空、復(fù)雜結(jié)構(gòu)，切削、鑄造等傳統(tǒng)工藝很難加工。

　　『Boston Dynamics機(jī)器人』

　　可喜的是，換材料、換結(jié)構(gòu)遇到的加工問(wèn)題，3D打印都可以解決！金屬3D打印最常用的技術(shù)是選區(qū)激光熔化（SLM，Selective Laser Melting），采用精細(xì)聚焦光斑快速熔化預(yù)置金屬粉末，直接獲得任意形狀以及具有完全冶金結(jié)合的零件，得到的制作致密度可達(dá)99%以上。直觀理解，可以將SLM比喻為“逐層焊接技術(shù)”，只不過(guò)焊接的激光特別精確罷了！

　　『閃瞎眼的鎢極氬弧焊』

　　一個(gè)實(shí)際打印過(guò)程的視頻如下，有興趣地可以看看。

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『3D打印布加迪Chiron剎車卡鉗』

鈦合金剎車卡鉗的性能如何？

　　就這樣，耗時(shí)45小時(shí)，我們得到了一個(gè)3D打印鈦合金剎車卡鉗。從色澤上來(lái)看，鈦合金與鋁合金相似，看不出太大區(qū)別。從結(jié)構(gòu)上看，可以明顯地看出多處仿生設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

『布加迪3D打印鈦合金剎車卡鉗』

　　這個(gè)剎車卡鉗重量是2.9公斤，比原來(lái)的4.9公斤減重40%以上，效果顯著。拉伸強(qiáng)度達(dá)1,250 N/mm^2，也就是每平方厘米可以承受12.5噸的重量。

　　目前這個(gè)剎車卡鉗還在測(cè)試之中，有望實(shí)裝在2019年的Chiron上。下面是一個(gè)測(cè)試3D打印布加迪Chiron剎車卡鉗的視頻，將剎車盤燒得通紅、火花四濺的畫面，是真美啊！

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　　那么剎車卡鉗成本如何呢？ 不算設(shè)計(jì)測(cè)試費(fèi)用，按20元/g的成本計(jì)算，2.9公斤就是5.8萬(wàn)元，4個(gè)剎車卡鉗那就一輛凱美瑞下去了��！還好，這是售價(jià)4000萬(wàn)元的豪華車，20萬(wàn)元可以接受。

　　那么生產(chǎn)效率如何呢？從視頻來(lái)看，使用的機(jī)器應(yīng)該是德國(guó)棱曼激光科技公司的SLM 500設(shè)備，代表著世界最先進(jìn)的水平！這家公司有多牛逼呢？這家公司的名字很直白：作為SLM技術(shù)的發(fā)明者，俺們就叫SLM Solutions AG。

『SLM設(shè)備』

　　盡管是最先進(jìn)的3D打印技術(shù)了，一個(gè)剎車卡鉗是45小時(shí)，4個(gè)剎車卡鉗按200小時(shí)計(jì)算，差不多是半個(gè)月。也就是說(shuō)，1年時(shí)間也只能生產(chǎn)20套剎車卡鉗而已！而這個(gè)設(shè)備價(jià)格是千萬(wàn)元級(jí)別的。當(dāng)然，如果多買幾臺(tái)，用于生產(chǎn)布加迪Chiron還是沒(méi)問(wèn)題的！

　　有人說(shuō)，為了減這么2公斤，有必要嗎？實(shí)際上，熟悉布加迪的朋友都知道，Chiron的前任車型威航，當(dāng)年就因?yàn)橹荒苓_(dá)到396km/h的極速，而遲遲不量產(chǎn)，估計(jì)再拖兩年項(xiàng)目都要黃了！當(dāng)時(shí)如果有3D打印鈦合金的技術(shù)，哪還用費(fèi)這個(gè)勁呢？

『布加迪威航』

3D打印離汽車量產(chǎn)應(yīng)用還有多遠(yuǎn)？

　　好了，讓我們回到現(xiàn)實(shí)。從布加迪Chiron的案例可以看出：3D打印可以突破加工工藝的束縛，從而實(shí)現(xiàn)更好的材料與更優(yōu)化的結(jié)構(gòu)。

　　現(xiàn)在人們普遍關(guān)注的電動(dòng)汽車，受制于續(xù)航問(wèn)題，行業(yè)也指明了方向：瘋狂堆電池是不環(huán)保、不實(shí)用、不可行的，必須圍繞降低百公里電耗的目標(biāo)，從優(yōu)化能量效率與輕量化兩個(gè)角度提高技術(shù)水平。

『3D打印電動(dòng)車』

　　既然輕量化對(duì)電動(dòng)汽車這么重要，那么不正是3D打印大顯神威的機(jī)會(huì)嗎？然而，上文我們也分析了，3D打印的高成本與低生產(chǎn)效率決定了，它目前只適用于產(chǎn)能低、價(jià)格高的超豪華車型。如果要進(jìn)一步拓展3D打印在汽車量產(chǎn)制造的應(yīng)用廣度，則需要從投入產(chǎn)出的角度精確地衡量，計(jì)算出達(dá)到成本平衡點(diǎn)的產(chǎn)量，并通過(guò)一系列方法來(lái)提高這個(gè)閾值。關(guān)于這一點(diǎn)的探討，我們下期拿一輛“不那么豪華的車”寶馬i8來(lái)舉例介紹。（文/汽車之家行業(yè)評(píng)論員張抗抗）