Urbee誕生簡(jiǎn)記

魔猴君  行業(yè)資訊   2858天前

在汽車領(lǐng)域，世界首輛3D“打印汽車’，原型機(jī)Urbee于2013年問(wèn)世，如圖所示，它是一輛以電池和汽油作為動(dòng)力燃料的三輪、雙座混合動(dòng)力車。整個(gè)車身使用3D打印技術(shù)一體成型，具有其他片狀金屬材料所不具有的可塑性和靈活性。整車的零件打印只需耗時(shí)2500小時(shí)，工人需要做的只是把所有打好的零部件組裝在一起，生產(chǎn)周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)汽車制造周期。新版本的Urbee2則只需要50個(gè)3D打印的零部件即可，而傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)汽車則會(huì)由上千個(gè)零件組裝而成。雖然它的單缸發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)功率只有8馬力，但由于其采用了熔融沉積的技術(shù)，使汽車結(jié)構(gòu)輕盈且堅(jiān)固，體積小巧且穩(wěn)定，故最高巡航速度可達(dá)1 12 km／h之快。另一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)便是Urbee的節(jié)能環(huán)保性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，隨著人口和生活水平的提高，到2050年全世界將會(huì)有25億輛汽車，然而，面對(duì)當(dāng)今社會(huì)日益減少的化石燃料儲(chǔ)備量已經(jīng)因汽車尾氣日益變暖的全球氣候，人類是時(shí)候推進(jìn)新能源汽車的研發(fā)速度了。而Urbee便是一款獨(dú)特的低能耗環(huán)保汽車。Urbee的制造宗旨便是用最少的能耗完成最長(zhǎng)的行車距離，同時(shí)盡可能減少制造過(guò)程中對(duì)原材料的浪費(fèi)。

(2)Urbee設(shè)計(jì)過(guò)程
向世界上的其他設(shè)計(jì)師和工程師一樣，Urbee制造團(tuán)隊(duì)使用3D打印技術(shù)制造Urbee的初期模型，負(fù)責(zé)人Jim Kor表示，3D打印技術(shù)徹底改變了他們?cè)谠缙鸶拍钤O(shè)計(jì)中的模型制作方式。以前，他們的模型大部分是由手-r,U造而成，使用木板、泡沫塑料、金屬、玻璃纖維、塑料和其他材料，這不僅耗時(shí)長(zhǎng)，而且制作難度大，精細(xì)程度低。但現(xiàn)在有了3D打印技術(shù)的幫助，他們使用CAD等計(jì)算機(jī)軟件，可以在極短的幾天時(shí)間內(nèi)完成～個(gè)塑料模型的制造并迅速提交給客戶，進(jìn)行下一步的探討和改進(jìn)工作。隨著3D打印技術(shù)單價(jià)成本由1000多美元降到100多美元，使更多的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程實(shí)現(xiàn)了3D打印化。在Urbee項(xiàng)目第一次接觸到3D打印技術(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在傳統(tǒng)汽車設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了部分前期工作。運(yùn)用最新的Autodesk軟件(如Inventor Pro，Alias和Showcase)對(duì)Urbee的車身進(jìn)行數(shù)字建模。隨后油泥模型師按照汽車三視圖尺寸，成比例做出油泥模型。第三步是將油泥模型掃描并再次將數(shù)據(jù)錄入CAD軟件中。在Urbee汽車設(shè)計(jì)過(guò)程中，如圖3．2所示，設(shè)計(jì)師也考慮到了空氣動(dòng)力學(xué)等設(shè)計(jì)要素，并進(jìn)行了計(jì)算機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)模擬，使車身造型達(dá)到了O．15的空氣阻力系數(shù)。

接下來(lái)就正式進(jìn)入3D打印環(huán)節(jié)。由于Urbee設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)玻璃纖維材質(zhì)的使用有多年豐富的經(jīng)驗(yàn)，這種材料被成功應(yīng)用于汽車玻璃鋼罩、擋泥板、車頂甚至汽車制造模具的制造中，其緊密、結(jié)實(shí)，可塑性強(qiáng)的特性，是他們選擇這種材料作為3D打印的原材料的主要原因之一。他們選擇選擇性熔覆工藝(FDM)，整個(gè)過(guò)程基于CAD原始計(jì)算機(jī)模型，并考慮了汽車擋泥板、車體外殼、玻璃車窗等部件，原材料被切割成圓形橫截面的薄層后再擠壓成絲狀，送入3D打印機(jī)帶有黏合劑的噴頭中，冷人驚訝的是，通過(guò)噴頭噴出的一層又一層的絲狀材料絲竟然可達(dá)到人的頭發(fā)絲那么細(xì)，材料的精細(xì)程度直接關(guān)系到打印產(chǎn)品的精細(xì)度，故打印出的Urbee汽車零件具有很準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)。

這個(gè)1：6的原始模型讓設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在汽車設(shè)計(jì)前期可以直觀的審視和發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)，Urbee團(tuán)隊(duì)最終使用固體塑料材質(zhì)打印出玻璃塑料的特殊車窗，使用白色ABS塑料打印Urbee的車身。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將模型劃分成20個(gè)單獨(dú)的部分，包括了所有的車身組件和車窗部分，如圖所示，當(dāng)這20個(gè)零部件通過(guò)3D打印技術(shù)完美打印出來(lái)，則驗(yàn)證了這些部件的原始計(jì)算機(jī)文件的正確性，為之后的全尺寸汽車制造和大規(guī)模生產(chǎn)做好了全面的準(zhǔn)備和驗(yàn)證工作。上圖為Urbee通過(guò)3D打印機(jī)打印出的模型車身結(jié)構(gòu)。

創(chuàng)新之處
相對(duì)于Urbeel的3D打印汽車模型而言，Urbe圮2在3D打印技術(shù)上的創(chuàng)新點(diǎn)更值得一提。隨著Urbee團(tuán)隊(duì)對(duì)3D打印技術(shù)的日漸熟悉和掌握，他們開(kāi)始利用3D打印技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，研發(fā)出了一些傳統(tǒng)汽車設(shè)計(jì)和生產(chǎn)不能達(dá)到的創(chuàng)新之處。如圖所示為Urbee2的前保險(xiǎn)杠設(shè)計(jì)圖，在設(shè)計(jì)中，為了增加其安全性能，設(shè)計(jì)師需要在其內(nèi)部填充支撐結(jié)構(gòu)，3D打印材料多樣性的特質(zhì)使設(shè)計(jì)師可以選擇一種堅(jiān)硬但卻很脆的材料和一種不是很堅(jiān)硬但卻很有彈性的材料進(jìn)行融合、交織，成一種類似人體骨骼一般的全新材料，既十分堅(jiān)硬又有良好的韌性。

Urbee2另一個(gè)創(chuàng)新之處在于所使用的部分內(nèi)部支撐材料為可回收性環(huán)保塑料，在節(jié)能環(huán)保方面有了新的嘗試和探索。
此外，Urbee團(tuán)隊(duì)的探索不僅僅停留在汽車外部結(jié)構(gòu)的3D打印領(lǐng)域，對(duì)汽車內(nèi)飾的3D打印應(yīng)用研究也正在進(jìn)行中，圖3-6為Urbee團(tuán)隊(duì)為成功打印3D汽車內(nèi)飾而進(jìn)行的數(shù)字建模工作。

在設(shè)計(jì)Urbeel的過(guò)程中， Urbee團(tuán)隊(duì)僅僅是希望通過(guò)3D打印機(jī)生產(chǎn)出一臺(tái)與他們的CAD計(jì)算機(jī)模型造型一模一樣的汽車出來(lái)，主要目的是想對(duì)快速成型技術(shù)可以一次成型整個(gè)車身外殼的能力進(jìn)行驗(yàn)證，并沒(méi)有抱有更多的期望。盡管Urbee2在3D打印領(lǐng)域?qū)Σ牧稀④浖氖褂茫Y(jié)構(gòu)、性能上的創(chuàng)新取得了一定的進(jìn)展，但由于目前的3D打印水平仍處于技術(shù)上的攻堅(jiān)階段，故其在汽車外觀造型上的設(shè)計(jì)仍處于初級(jí)水平，與現(xiàn)代較為成熟的傳統(tǒng)汽車設(shè)計(jì)行業(yè)相比，Urbee的外形設(shè)計(jì)則較為簡(jiǎn)陋，3D打印技術(shù)對(duì)復(fù)雜外形結(jié)構(gòu)的美學(xué)表現(xiàn)在Urbee這一案例中并沒(méi)有很好體現(xiàn)出來(lái)。

來(lái)源：中國(guó)3D打印網(wǎng)