福特汽车与增材制造

Paul Heiden Ultimaker

汽车行业是最早实现3D打印效益的行业之一。在过去的十年里，先进技术的发展使汽车制造商的开发、设计、制造和分销过程发生了重大的变化，带来更安全轻便的产品、崭新的设计、更低的成本和更短的开发与制造过程。Allied Market Research公司的一项研究表明，3D打印在各个方面都增加了现有产品和功能的价值，使其在汽车行业变得不可或缺。3D打印的成功故事始于汽车的雏形设计，如今，增材制造工艺也已进入汽车工业的其他领域，并正逐渐展现出潜力。

一、3D打印在福特的应用实例

福特使用Ultimaker的桌面级3D打印机进行设计和制造装配工具，如夹具、治具和量具。这类工具设计复杂、成本效益高、生产速度快且能直接在现场生产。

3D打印技术已用于在德国科隆的福特试验工厂。该工厂拥有一套完整的小型生产设备，新车型时设计也已基本成熟。在汽车模型的开发过程中，工程师需要大量定制合适的生产工具，这些工具往往是针对特定的任务和模型而设计的。仅福特福克斯的系列生产就需要50多种不同的装配工具，这些工具最初都在试点工厂进行开发，之后再在所有欧洲工厂进行现场3D打印。

通过外部制造商采购这些工具需要大量时间、成本较高且会减慢开发进度。为了优化工作流程，福特的增材制造团队决定将Ultimaker的桌面级3D打印机集成到工作流程中。“福特选择Ultimaker，是因为打印结果的质量、可靠性与成本能达到最佳平衡。”福特增材制造研究工程师LarsBognar表示。

二、多元化耗材成就众多工具

桌面级3D打印的优势在于材料。大量的耗材和广泛的材料特性为实际应用提供了新的解决方案。仅采用一种增材制造王艺，生产设备便可满足最多样化的应用和操作环境的要求。耗材及其材料性能的范围几乎无止境，强度、弹性、耐热性、强度、回弹性和耐久性皆在可预期的变化范畴中。对于3D打印技术而言，至关重要的一点是能在不损失材料性能的情况下，保质保量地进行打印。

桌面级3D打印机使用的开放式耗材系统是十分关键的，3D打印生产工具，可单独适用于来自不同材料制造商的，具有不同材料性能的耗材，以实现各自的应用和制造。由于Ultimaker的开放式耗材系统可以使用多种与制造商的材料进行3D打印，传统制造的工具将会被轻便耐用的塑料工具所取代。

3D打印机的这一特征在生产设备、工具和装配辅助方面尤为突出，展示出增材制造过程存在的颠覆性潜力，并已经带来了示范性的改变。特别是在装配工具方面，应用程序不但形式非常多样化，而且适用范围广泛。

三、打印质量和效果的体现

硬件、软件和材料的协调对于呈现高质量的打印效果至关重要。为了满足汽车工业对工业耗材日益增长的需求，Ultimaker正与领先的材料制造商合作，利用Ultimaker打印机将专用于工业3D打印的高质量工程塑料和复合材料推向市场。

Ultimaker于2018年4月成立的“Ultimaker材料联盟项目”（UltimakerMaterial Alliance Program），旨在满足对工业级3D打印材料不断增长的需求。2019年，众多領先的材料制造商包括帝斯曼（DSM）、巴斯夫（BASF）、杜邦（DuPont）、欧文斯科宁（OwensComing）、阿科玛（Arkema）、捷普（Jabil）和雷曼福斯（Lehmann&Voss&Co.）等，都开始积极利用Ultimaker提供的打印配置助手（Print ProfileAssistant），更快速地将各种高性能的FFF 3D打印材料带入专业市场。截至2019年4月，已有超过80家公司为“Ultimaker材料联盟项目”共同开发用于FFF 3D打印的材料配置文件。

此外，Ultimaker为材料生产商提供的软件包括了大量的研发知识以及公司的印刷材料，使得材料生产商能够开发和维护材料配置文件，让用户可以在开放式耗材系统的桌面级3D打印机上真正轻松地使用这些材料。打印配置文件预先配置在可自由访问的Ultimaker Cura软件上并提供使用。无需手动输入打印参数，用户即可通过访问预配置的设置进行自动打印。即便是对技术要求最严格苛刻的塑料也能通过Ultimaker的3D打印机融合，实现工业应用。

四、探索更多应用可能性

桌面级3D打印的好处是显而易见的。由于工件数量较少，制造的花费相对较低。比传统方法制造的工具更轻，且能更快适应额外需求。与常规生产的传统工具成本相比，每件工具能节省1000欧元用于打印装配辅助工具，如夹具和治具。从之前平均10周的包括设计与制造在内的外部合同，到现在即使是复杂的装配夹具，最迟也能在10天之内完成。

福特公司在所有欧洲工厂都使用桌面级3D打印机。科隆的开发团队为其他生产工厂提供工具设计，这些工具可以在24小时内在现场直接打印。此外，装配辅助工具比传统工具轻70%。仅在福特，就有超过50种不同的增材工具用于福特福克斯的系列生产。虽然增材制造目前在福特公司只是一种生产辅助，但是其他领域的应用也仍在不断探索中。