日产用3D打印减轻纯电动车重量 - 日经中文网
日经中文网2021/04/14
日产汽车正在加紧利用3D打印机来制造汽车。其原因是，在去碳化潮流下，随着汽车不断实现电动化，车身越来越重，迫切需要减轻重量。在3D打印方面先行一步的欧洲车企不仅进行了试制，而且已开始应用于市售车。曾推出全球首款量产型纯电动汽车的日产也开始追赶。
“到2025年，小批量生产的汽车可能会利用3D打印机来实现很多零部件的自动化生产。规则将发生改变”，在日产动力传动技术统括团队担任专家负责人的盐饱纪之表示。
3D打印机2010年代已在航空零部件、机床等工业用途以及日用百货等领域普及。但在量产汽车领域，由于性能等方面的原因，仅限于部分零部件的试制用途。近来，除了树脂以外，还出现了用于金属的新成型方法，3D打印正在变成可以用于量产的技术。
使用3D打印机的加工被称为“增材制造（Additive Manufacturing）”。采取类似逐层叠加的方式制造零部件等。与通过切削或打孔方式去除多余部分的传统加工方式相反，增材制造是一种只制作必要部分的“加法”思维型加工技术。
可自由成型并减轻重量
这种技术有两大优点。一个是加工时不需要模具，只要有数据，就可以随意将金属制成任何形状。另一个优点是可对多个零部件进行一体成型，不需要用来固定零部件的螺栓和密封材料，可以减轻重量。据悉螺栓类在发动机的总重量中占到4～5千克，即使只减去一半，也能产生巨大效果。
金属3D打印技术取得了日新月异的进步。主流方法是用激光或电子束照射作为材料的金属粉末，使金属熔化后再凝固。此外，还出现了可以更快成型的方法，比如向堆积的金属粉末喷涂粘合剂来成型的“粘结成型（Binder Jetting）方式”，还有不用粉末而使用金属丝的设备。
随着3D打印机的进步，日产已开始将其应用于试制品的开发，此外该公司认为还可以用来生产维修零件。盐饱纪之就3D打印技术的定位表示，“是包括汽车生产过程在内实现碳中和的方法之一，非常重要”。
有的零部件重量可减轻6成
日产在试制阶段取得了颠覆传统制造常识的成果。以往试制发动机汽缸盖需要3个月的时间，现在则缩短为2周。还成功将轴部件的重量减轻6成。有的零部件通过把14个部分一体加工，把工序数量减少7成，制造成本降低一半。
日产用3D打印机试制的发动机汽缸盖
盐饱纪之称，“材料和外观设计方面的技术经验将转化为把增材制造应用于汽车生产的竞争力”。除了传统加工使用的铁和铝，日产还在寻找强度更高、成本更低的替代金属材料。而且在研究既能保持零部件的强度又能减轻重量的外观设计。日产认为，通过积累技术经验，完全可以与海外车企一决胜负。
3D打印机受到高度关注的最大原因是全球掀起了去碳化潮流。英国和美国加利福尼亚州分别打算在2030年和2035禁止销售新的汽油车，日本政府也提出了2035年将新车销售全部改为电动车的目标。
德国企业等海外车企已经先行一步。德国宝马从2018年开始在跑车等量产车上采用3D打印机制造的零部件。2020年还开设了专门用于增材制造的试制和研究基地。德国保时捷也在用3D打印技术制造活塞和变速箱。
美国特斯拉同样在考虑采用3D打印车身零部件。盐饱纪之表示，“除了欧洲和美国以外，中国也在推进应用增材制造，对于只有日本落后的危机感十分强烈”。
除了纯电动汽车之外，日产还把发动机仅用于发电的混合动力车（HV）技术“e-POWER”视为电动化的支柱。同时装有电池、马达、发动机的混合动力车变得十分笨重，有可能会影响燃效的提高等。作为可防止这种情况的武器，日产对3D打印机寄予的期望比欧洲企业更大。
3D打印技术应用于量产车还有课题需要解决。主要是生产效率。车企的工厂每天的产量以千辆为单位。据悉，锻造和冲压只需3分钟就能制作出零部件，而普通的金属3D打印机则需要3天。
但是，最新的粘结成型方式当中，已开始出现使生产效率提高到量产车十分之一左右的设备，“逐渐达到了可用于汽车小批量生产的水平”（盐饱纪之）。
增材制造易于应对复杂的加工，一体加工的零部件越多，效果就越大，非常具有吸引力。3D打印机的性能也日益提高。汽车纯电动化吸引美国苹果等不同行业的企业加入进来，有观点认为汽车行业也将不断实现水平分工。在这种背景下，增材制造等生产技术的积累，将有助于提高无法模仿新兴企业的现有车企的竞争力。
日本经济新闻（中文版：日经中文网） 山田辽太郎
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