說好的3D列印 卻變成鋼板焊接車體!《Nissan》解釋關鍵在哪裡

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說好的3D列印 卻變成鋼板焊接車體!《Nissan》解釋關鍵在哪裡

▲為了降低生產成本,XEV研發的YOYO電動車,原本計畫靠3D列印技術取代冷軋鋼板焊接車體,可惜經過2年的發展,3D列印技術的成本、效率、品質,依然沒有超越傳統造車工藝。

2018年初問世的XEV LSEV微型電動車(之後稱為YOYO),原本計畫除了現成可購得的零組件之外,如玻璃、座椅、方向盤、排檔座、燈桿、雨刷桿、觸控螢幕、前後燈組…之外,其餘零件都將採用3D列印方式生產,打算藉此降低成本,並脫離對傳統車體製造廠之依賴。

無奈科技發展速度似乎跟不上量產腳步,2021年XEV YOYO已進入量產模式準備上市,不過車體結構依然採用冷軋鋼板與傳統焊接方式打造。即便XEV的技術合作對象為知名的德國Bigrep 3D列印廠商,但礙於品質、耐用、成本、效率等諸多因素,最終YOYO依然採用傳統生產線再加上3D列印零件「Hybrid」方式來製造。

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▲原本期望乾乾淨淨的空調工廠,搭配3D列印機來生產YOYO,但最終還是回到傳統流水式生產線,完成YOYO的車體結構與組裝,這就是理想與實際的落差。

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▲3D列印的優點就是不用開膜,不須要CNC加工機台,不須要焊接過程,就能生產出所須要的零件,而且精度相當高,足以應用在醫療領域,而且越複雜的設計,越能突顯3D列印之優勢。

3D列印的優點在於可以採用塑膠、樹脂、纖維、金屬、碳纖維等多種材質來打造所須要的產品,所須要的設備就是3D列印機,最多再加上後續的拋光處理,不須要開膜具、也不須要大型加工機具、簡化繁瑣的製造過程。論及輕量化、一體成形、減少零件數量,3D列印同樣優於傳統製造工藝。

這麼棒的生產技術,為何不能取代傳通工廠?目前的障礙在於3D列印設備昂貴,生產效率偏低,不適合用於大規模的商業量產,只適合用於「生產輔助」這一環,如加速模具開發,或是少量生產特殊零件。目前雖然已有量產型3D列印設備問世,價格也越來越親民,但是此類機器並沒有辦法列印汽車底盤、車身結構等大型零件,即便只是一輛車長僅2.5米的都會微型車。

如果使用非量產的大型3D列印設備,不只是生產效率非常慢,生產成本也非常高,至於成品的剛性、強度、耐用度等物理表現,也不會比傳統的焊接式鋼製車體更好。

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▲汽車須要「一體成形」的零件,通常是一大塊的中控台模組,或是一整張椅子,甚至是一整片門板,目前量產等級3D印表機,要製造出這麼大的零件,機台成本相當昂貴,如果要使用金屬材質來列印,生產效率則是一大問題。

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▲Nissan表示未來汽車產業應用3D列印技術,仍高度仰賴金屬材質,目前仍有不可取代性,就技術來說不是問題,但機台的生產效率仍有待提升。然而更關鍵的「金屬粉末質量」則關係到耐用度與品質,這方面無法靠廠商提供,車廠必須自行研發所須要的金屬粉末。

Nissan解釋了車廠對於3D列印的看法與研發關鍵。3D列印機研發廠商乃是針對大環境需求來開發機台,不會特別針對汽車零件打造大型量產等級3D列印機,因此各車廠對於3D列印技術應用仍停留在小零件與輔助階段,不過對於產量極少的超級跑車或是改裝車來說,3D列印乃是非常實用的利器,至於量產車的製程,目前仍不適合大量導入3D列印技術。

再者,3D列印機的研發廠商,比較著重在機具硬體發展,並偏向以塑膠與纖維材質替代金屬,達到更輕更容易量產的境界,因為金屬3D列印機的價格目前依然偏高,效率則是偏低。然而汽車產業鋼、鋁製品依然是主流,論及物理特性,其它材質雖然可以超越鋼和鋁,但是論及耐用可靠、生產良率、材料成本,鋼和鋁仍有優勢。

然而廠商目前並沒有積極研發3D列印所需的金屬材質,換言之,目前就算勉強導入金屬3D列印技術生產汽車零件,比如說車體鈑件等重要結構,品質仍不符合車廠的要求,關鍵不在於金屬3D列印機,而是所使用的材質,也就是金屬粉末的質量。

但「質量」二字其實是很模糊的概念,究竟是成分還是顆粒大小都不得而知,畢竟是機密,Nissan並沒有多加說明。目前只知道Nissan致力於3D列印所需的金屬粉末研究已有數年的時間,近期獲得突破性的發展,之後就是等待金屬3D列印機的生產效率能大幅提昇,成本能大幅降低,如此一來才有機會引爆另一波工業革命。

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