如何使用 3D 打印技术制造面向未来的概念车

Vital Auto 是位于英国的汽车工业中心，是一家在汽车设计领域拥专业的设计工作室。许多知名的汽车制造商都是该公司的客户，包括沃尔沃 (Volvo)、尼桑 (Nissan)、莲花 (Lotus)、迈凯轮 (McLaren)、吉利 (Geely)、塔塔 (TATA) 等。 

Vital 创新与体验技术副总裁 Shay Moradi 表示：“客户之所以选择与我们合作，一般情况下是为突破现有技术的瓶颈。” 如果制造商本身没有时间进行实验，他们会依靠 Vital Auto 解决各种问题，将他们的创意、初始草图、图纸或技术规格转化为可实现的实体模型。 

阅读了解 Vital Auto 如何使用各种先进设备（包括 Form 3L 和 Fuse 1 打印机大型机组在内）制造高保真原型和概念车，并快速进行迭代。

制造概念车

Vital Auto 成立于 2015 年，当时有三个朋友一起辞掉了工作，决定在车库里开设一家小工作室，公司就此成立。该公司签订的首批合同之一是对 NIO EP9 超级跑车进行概念设计，公司团队自此开始制作极为逼真的高保真汽车原型。

不论客户提供的是纸质版草图，还是已经完成的汽车设计，该团队都可以根据客户的要求，进行设计。他们的设计包括汽车外观，车架、外部和内部部件、车门打开/关闭系统以及交互式元素等。如果由 5 到 30 人组成的团队共同进行概念设计，完成一个典型项目可能需要花费 3 到 12 个月的时间。

在这段时间中，典型汽车模型的核心设计可能要经过十几次迭代，而在迭代过程中，可能会针对小型部件进行更多次数的迭代，直到设计完全符合客户预期。

“在我们的行业中，在产品上市前以虚拟形式评估产品的性能虽说是一种不错的方法，但我认为产品评估同样离不开实际制造出的产品实物。如果要感受产品的准确重量、准确比例，并要探究人们对产品实物的感知是如何随物理环境而变化的话，最好的方法还是要亲自感受实物。”Moradi 表示。

“我们的大多数客户之所以选择与我们合作，都是为了实现新的设计、创意以及前所未有的想法。因此，我们每天都会面临新的挑战，而且这些挑战无穷无尽”，负责增材制造的设计工程师 Anthony Barnicott 表示，“这些挑战多种多样，包括如何在特定时间内生产出特定数量的部件，如何生产具有可持续性的产品，或者如何保证生产出的部件达到给定重量，同时具有特定性能。”

虽然传统的汽车模型通常是通过对粘土进行铣削加工而成，但 Vital Auto 团队还会使用三轴和五轴 CNC 铣削加工、手动成型、手动粘土建模等工序以及 GRP 复合材料。然而，这些传统工艺往往并不适合生产一次性概念设计所需的定制部件。 

“我们从一开始就使用了 3D 打印技术。我们希望将该技术引入我们的制造流程，不仅是为了降低成本，还为了使客户的设计和创意更加多样化。”Barnicott 表示。

如今，Barnicott 运营着独立的 3D 打印部门，已经购置 10 台大幅面 FDM 打印机、3 台 Formlabs Form 3L 大幅面 SLA 打印机和 5 台 Fuse 1 SLS 打印机。

“就产能而言，3D打印机可以全天候不间断运行。我们将这些打印机用于概念和设计的所有领域。通常，我们会使用 Fuse 1 打印生产型部件，使用 Form 3L 打印概念型部件。” Barnicott 表示。

借助 Form 3L 使用多种材料制造复杂设计

“我们使用 Form 3L 打印任何具有 A 级加工表面的部件。一般来说，在汽车环境中，内部部件不会采用皮革、Alcantara 或某种布料进行装饰。Formlabs 材料可以生成漂亮、光滑的表面，便于油漆工人后续操作，我们可以直接使用打印机打印这些部件，然后直接用在汽车上。”Barnicott 说道。

“Form 3L 打印机最吸引我的一点是它的多功能性。此外，这款打印机能够在五分钟内完成材料更换，而且兼容的材料多种多样，从柔软的柔性材料到坚硬的刚性材料都能兼容。这对我们而言非常有用。”Barnicott 表示。

借助 Form 3L 打印机， Vital Auto 团队在大多数情况下都能在 24 小时内对部件进行多次迭代。他们最终购置了三款不同的打印机，这样就可以同时对部件进行三种不同的迭代，甚至可以使用三种不同的材料。这不仅可以节省成本惠及客户，还能以同样的价格展示多种设计，提供更高的附加价值。

“使用增材制造技术的好处之一是能够缩短生产时间。那么，我们该如何利用省下的这段时间？在一定程度上，我们可以利用这段时间来拓展可能性，比如构思替代方案，或在生产过程中添加更多的迭代循环。”Moradi 说道。

“如果没有 Form 3L 打印机，很多产品我们可能就无法生产出来。虽然使用一些最为先进的制造技术，例如七轴 CNC 加工技术，我们也能生产这些部件，但这会大大增加我们的成本。”Barnicott 表示。

使用 Fuse 1 对机械部件的 CNC 加工工艺进行补充

“引入 Fuse 1 是我们第一次尝试使用 SLS 技术。作为一家小型企业，过去我们曾认为引入该项技术是遥不可及。Fuse 1 推出后，我们不仅引入了这种技术，还在现场配备了五台这款打印机。借助这些机器，我们能够非常快速地生产结构性机械部件，不仅可以用于测试，还能用于大多数概念的实际应用。这个生产过程，在一般情况下会通过 CNC 来完成加工，根据几何形状，我们会选择在内部或外部生产，但不论是哪一种，我们都必须等待2-4天才能拿到部件。使用 Fuse 1，我们能够在内部打印出所有几何形状的部件，并且大多数情况下我们在 24 小时内就可以拿到部件。”Barnicott 表示。

使用 3D 打印技术打造高还原度概念车

“在过去 10 年间， 3D 打印技术取得了惊人的进展。我们刚开始生产小批量的小众汽车时，根本无法实现如今可生产的产品。而现在，我们不仅能够生产这些部件，还能以极具成本效益的方式快速进行生产。”Barnicott 表示。

3D 打印技术不仅帮助团队更快速地打造更好的产品，还有助于吸引新客户。Vital Auto 发现，他们的许多客户之所以希望与他们合作，是因为这些客户希望应用最新的技术，并且希望使用最新的先进材料制造所需的组件。

“有些技术已经不能再归类为新兴技术，3D 打印技术就是其中之一。该技术已经发展到了一定程度，应用 3D 打印技术逐层打印的所有部件质量足够优异，可直接用于最后的展示阶段。可以说，3D 打印技术不再是一种新兴技术，而是成为了我们工作中绝对不可或缺的一部分。”Moradi 表示。