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2024年10月8日，南极熊获悉，在最近的AMUK会员论坛上，英国高端汽车制造商捷豹路虎(JLR)的增材制造技术专家卢克·福克斯(Luke Fox) 概述了如何使用 3D 打印来提高豪车的产量，并强调了增材制造技术在汽车生产流程中发挥的关键作用。
值得注意的是，3D打印并不用于大批量生产最终用途部件。相反，它的价值在于满足日益增长的大规模定制需求，同时加速测试车功能原型的生产。后者代表了捷豹路虎在其增材制造中心 (AMC) 内部制造的“绝大多数部件”。福克斯强调了这种增材制造能力的重要性，并表示如果没有 3D 打印，他们就无法如此快速地完成测试。
福克斯还讨论了增材制造如何解决汽车行业目前面临的最紧迫的问题之一。 许多汽车可持续发展的最后期限即将到来，汽车制造商正在努力减少碳足迹，使其车辆符合环境法规。据福克斯称，3D 打印将在实现捷豹路虎到 2039 年实现整个供应链净零排放的承诺中发挥重要作用。
△LukFox 在 AMUK 会员论坛上发言。照片由 3D 打印行业提供。
JLR公司的增材制造能力
英国增材制造协会(AMUK) 是英国3D 打印生态系统中公司的贸易协会。其最新一次会员论坛在航空航天制造商GKN Aerospace位于布里托尔的全球技术中心举办。
此次活动主要介绍了英国增材制造的现状及其未来发展方向。与会者还有机会交流并参观 GKN的研发设施。
△GKNAerospace 的全球技术中心，AMUK 会员论坛在此举办。图片来源：3D Printing Industry
在演讲中，福克斯概述了JLR的全球影响力，该公司在英国拥有三家汽车制造厂，在斯洛伐克、巴西、中国和印度设有工厂。该公司是塔塔汽车的全资子公司，生产和销售揽胜、卫士、发现和捷豹等高端汽车品牌。
2018 年，捷豹路虎承诺每年生产100 万辆汽车。然而，福克斯解释说，该公司此后已改变战略，优先考虑质量而不是数量，到 2023 年将生产约 40 万辆汽车。
增材制造在实现这一质量方面发挥着关键作用。捷豹路虎的 AMC 位于盖登高级产品创造中心，拥有 20 台工业 3D 打印机，采用六种增材制造技术。这些包括HP Multi Jet Fusion (MJF)、EOS系统、SLA、FDM 和 PolyJet 3D 打印机。
聚合物粉末床熔融占该公司增材制造能力的 87%。大桶光聚合占其系统的 8%，而材料喷射和材料挤压分别仅占 3% 和 2%。福克斯补充道：“目前我们内部只做聚合物业务，我们不做任何金属 3D 打印。”
AMC 是公司内部的卓越中心，承担着从早期设计模型到功能部件等各种角色。“AMC 是作为内部资源设立的，” 福克斯解释说，所有部门的 JLR 工程师都可以申请 3D 打印组件。
增材制造技术也已融入整个企业的不同中心和部门。捷豹路虎生产基地之一哈利伍德工厂的工程师拥有大约十几台工业级 FDM 3D 打印机。
小型桌面 FDM 系统也分布在其他制造和工程站点。据福克斯介绍，这些系统用于快速原型设计和测试，然后再送到 AMC 制造更复杂的部件，这种分散式方法有助于保持灵活性。
△位于盖登的捷豹路虎增材制造中心的 EOS 3D 打印机。图片来自捷豹路虎。
3D 打印助力汽车开发
过去，捷豹路虎曾利用增材制造技术生产最终用途汽车零部件。一个值得注意的例子是 2019款捷豹 XE SV Project 8，它采用了十多个 AMC制造的零部件。它们包括前车牌支架、汽车座椅头枕支架和外部空气动力学部件。然而，这些都是小批量生产，仅生产了 300 辆 Project 8。
更实际的使用案例围绕着遗留部件。福克斯提到了 1999 年款路虎发现 2 的座椅把手反复出现的问题，这个部件很容易损坏。
拥有此款车型的客户现在希望能够从路虎经销商处订购替换部件。然而，最初制造这些部件的公司已不复存在，注塑模具也已丢失。
JLR 的解决方案是自行 3D 打印零部件，略微改变几何形状以增加耐用性。“我们每年打印大约 50 个这样的零部件，” 福克斯说道，而客户通常不知道替换件是 3D 打印的。
△3D 打印替换座椅把手。图片来自 Luke Fox/JLR
大规模定制是增材制造在汽车领域的另一个显著应用。“大规模定制肯定不会消失，所以我们正在做很多这样的事情，” 福克斯表示。他指出，捷豹路虎正在积极研究如何利用 3D 打印实现更多定制组件，例如个性化油箱盖和仪表板。
然而，捷豹路虎的“绝大部分”增材制造工作都用于测试车的功能原型设计。这些预生产车辆通常用乙烯基迷彩图案包裹，以便在公开展示和试驾时隐藏其设计。福克斯表示，3D 打印原型部件大大加快了测试过程，允许比传统制造方法更快地进行设计更改和评估。
一个令人惊讶的后期制作示例与影响路虎卫士 SUV 车主的问题有关。“当他们把狗带进车后座时，狗抓伤了保险杠，”福克斯解释说。
捷豹路虎的增材制造团队对此作出了回应，他们对狗的爪子进行了 3D 扫描，分析了爪子的硬度，并 3D 打印了一个爪子的复制品，将其放在机械臂上。这个复制品“在很长一段时间内”反复刮擦 Defender 保险杠，从而开发出了一种可以购买的保护条，以最大限度地减少损坏。
△LukFox 在 AMUK 会员论坛上发言。图片来源：3DPrinting Industry
JLR 的金属 3D 打印路线图
福克斯表示，捷豹路虎未来将进一步扩大增材制造的应用。但他指出，JLR更注重的是落实到扩大产能，而不是增强制造能力。此次发展的一个重要部分是提高其金属 3D 打印能力。该公司已经利用外部金属3D 打印为 Range Rover SV 460 生产豪华后桌组件。
这些终端应用部件由一级供应商制造，每年约有 40 个。“这种部件的产量很低，但它是我们生产车辆中的金属增材制造部件，”福克斯补充道。
随着规模的扩大，捷豹路虎正致力于将金属 3D 打印技术融入到更多大批量制造应用中。福克斯提到了一个正在进行的项目，该项目使用 3D 打印技术来支持“大约一百万个零件”的生产。
最初，JLR采用激光粉末床熔融技术进行初步概念验证测试。接下来，该团队希望生产“几百个”金属部件，以获得更严格和准确的结果。为了实现这一目标，他们采用了粘合剂喷射技术，并提出了金属注射成型 (MIM) 作为最终生产技术。
据报道，粘合剂喷射 3D 打印工艺生产的部件更接近所需的机械性能。福克斯补充说，这种方法可以进行更广泛的测试和改进，而无需传统金属制造的高成本，因为传统金属制造需要昂贵的工具。
据报道，将金属 3D 打印纳入这一预生产阶段将使捷豹路虎能够在进行大规模生产之前更有效地微调设计。
在讨论公司更广泛的增材制造战略时，福克斯强调了平衡内部能力与外部合作的重要性。虽然捷豹路虎可以在内部制作原型并测试零件，但扩大到全面生产通常需要外包给专业供应商。
“我们不适合大批量生产，”福克斯承认。他选择增材制造是为了与供应商密切合作进行内部设计和测试，然后随着产量的提高逐渐转换生产模式。
这种模式已在其他汽车制造商中得到效仿，包括兰博基尼。据福克斯称，该公司最初在内部生产3D打印油箱盖，后来扩大生产规模，最终在验证成功后将整个流程外包。这种方法充分利用了增材制造的定制功能，同时将批量生产流程移交给第三方。
△捷豹路虎位于斯洛伐克尼特拉的生产工厂的生产线。图片来自捷豹路虎。
3D 打印：汽车可持续发展的未来？
受时间敏感的环境立法的推动，增材制造在汽车领域的应用正在增长。 例如，最近有消息称，意大利 3D 打印机 OEM Prima Additive正在与自动化和机器人公司Comau合作开发一种 3D 可打印的刹车盘涂层。据报道，该工艺可将刹车盘退化相关的污染排放减少 80%，满足相关的可持续发展目标。欧盟(EU) 的欧 7 标准要求到 2026 年底将刹车盘的颗粒排放量减少 27%。
福克斯解释道：“我们可以利用的一个优势是，增材制造比其他传统制造工艺更具可持续性。”
他称捷豹路虎的 2039 年净零排放战略“真的非常难实现”，但他强调，尽管成本增加，公司仍致力于实现这一目标。“我们愿意花更多钱，因为我们的客户愿意花更多钱选择可持续的选择。”
值得注意的是，捷豹品牌目前只生产 F-Pace SUV，正在寻求彻底摆脱化石燃料。该品牌承诺明年推出全电动产品线。据报道，所有捷豹汽车都将采用专用的纯电动模块化架构制造。
捷豹路虎此前宣布，计划通过塔塔每年投资 35 亿美元，支持新电动车型和基础设施的开发。除了电力之外，该品牌还致力于开发其他可再生能源。
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