應用案例
其他 | 2025.11.27
福特如何利用Formlabs SLA和SLS 3D列印機開發新車款
福特如何利用Formlabs SLA和SLS 3D列印機開發新款Explorer
隨著消費者情緒和監管要求的雙重壓力，汽車產業正經歷快速轉型，亟需擺脫化石燃料，轉向電動車。福特汽車正引領這場變革，正如100多年前推出T型車和引入流水線生產技術時一樣，併計劃到2030年在歐洲全面銷售電動車。
福特汽車公司是全球第六大汽車製造商，年產量超過400萬輛，在全球擁有超過175,000名員工。福特歐洲業務的核心是福特科隆工廠，該工廠成立於1930年，以組裝福特嘉年華而聞名。
毗鄰工廠的PD Merkenich是一家研發中心，負責從零開始設計面向歐洲市場的所有乘用車，包括Fiesta、Focus、Kuga等成功車型，以及最近在科隆裝配廠投入量產的首款面向歐洲市場的純電動Explorer。該團隊也與福特位於英國鄧頓的技術中心合作，支援商用車的研發。
但福特如何應對激烈的競爭和日益縮短的研發週期呢？請繼續閱讀，了解PD Merkenich的快速技術中心，該中心在為產品開發創建快速原型方面發揮著至關重要的作用。
用於生產全尺寸汽車原型車的工具
「原型製作在研發過程中至關重要。它讓工程師有機會驗證設計。如果之後需要返工注塑模具或生產模具，成本會非常高昂，耗時很長，最壞的情況下會導致生產停工。而透過原型製作並應用所有現有技術，就可以避免這種情況。」福特快速技術中心主管桑德羅·皮羅迪說。
生產全尺寸車輛原型需要各種各樣的工具。快速技術中心是一個規模龐大的設施，配備了最新的製造工藝：它擁有自己的注塑機、成型模具以及各種減材製造工具，例如，能夠加工最大底盤面板的銑床。
當然，如果沒有積層製造，這份清單就不完整。 PD Merkenich 實際上是歐洲第一家在 1994 年使用立體光刻 (SLA) 3D 列印機的工廠，此後，其設備已擴展到一系列熔融沈積成型 (FDM)、SLA 和選擇性雷射燒結 (SLS)聚合物 3D 列印機，以及金屬 3D 列印機。
雖然最初的概念模型仍然是用黏土製成的，但隨著產品開發進入後期階段，每個組件都越來越接近最終形狀，因此，能夠使用盡可能接近生產的材料和工藝來測試產品的形式和功能變得越來越重要。由於開發進度日益加快，快速技術中心不斷尋求積層製造領域的進步，以加快零件的交付速度。
「積層製造在研發過程中至關重要。它使您能夠快速、高效地生產零件，並降低成本。您還可以快速響應市場變化。展望電氣化發展趨勢，研發週期正在縮短，這意味著您開發和驗證車輛零件的時間也越來越短，因此在研發過程中應用這項技術至關重要。它能讓您比競爭對手更具競爭力。」
福特快速技術中心主管桑德羅‧皮羅迪
利用SLA 3D列印技術開發設計原型
SLA 3D列印機主要用於車間設計原型製作，這些原型需要良好的表面質量，並且需要快速生產以進行快速迭代。 PD Merkenich的第一台Formlabs印表機是Form 2，但他們很快便將裝置擴展到多台桌上型印表機和一台Form 3L大幅面SLA 3D列印機。最近，他們又成為首批獲得Formlabs最新MSLA 3D列印機Form 4的公司之一。
「Form 4 的速度非常快，我認為就速度而言，它是我目前為止見過的最好的機器。與之前的型號相比，它確實是一次非常好的升級。它更容易操作，因此我們車間的操作人員更容易學習如何使用這台機器，並獲得高質量的零件，」福特增材製造專家兼模具專家布魯諾·阿爾維斯說道。
PD Merkenich 是新款 Form 4 的測試用戶之一。這款新印表機的超快速度將使工作室能夠在短短幾個小時內交付新的原型。
「使用 Form 4 真的改變了我們的工作方式。印表機的速度將徹底改變我們的工作流程。我們可以交付更多零件，吞吐量更高。面對緊急訂單，我們也更加靈活。現在，我們可以使用 Form 4 來完成這些工作。”
福特快速技術中心主管桑德羅‧皮羅迪
「幾年前還需要幾天時間，現在我們幾分鐘就能列印出零件。所以工程師不再害怕進行新的設計、新的迭代，因為他們現在知道可以很快拿到零件，」阿爾維斯補充道。列印速度的提升使 RTC 團隊能夠在 24 小時內完成更多請求——即使是來自英國的請求，他們也可以透過隔夜快遞快速交付零件。
該團隊使用 SLA 3D 列印技術為新款 Explorer 製作了許多零件的原型，例如後視鏡組件。
對於新款 Explorer，團隊利用 SLA 3D 列印技術來驗證許多外部和內部零件的設計。
「Form 3L 使我們能夠列印大型零件，例如車輛的外部車身部件。我們列印了這個後視鏡蓋來驗證設計。3D 列印非常適合這種應用，因為它速度快，而且與批量生產的零件相比，我們可以獲得非常好的質量，」Alves 說。
Form 3L 的大成型體積使團隊能夠一次生產大型原型。
這些零件以透明樹脂列印，並以熔噴砂進行噴砂處理。
利用SLS 3D列印技術測試機械零件
該車間還運作著一套大型 SLS 3D 列印機，用於測試機械零件。「我們一直在嘗試測試和驗證與大規模生產中使用的材料更相似的材料。Fuse 1+使用的PA-12（尼龍）材料與注塑成型的大規模生產零件非常相似，」Alves 說。雖然團隊內部也有大型 SLS 3D 列印機，可以列印大型車身面板，但他們更喜歡使用 Fuse 1+ 30W 來列印任何適合其建造體積的零件。
“Fuse 1+ 比競爭對手的產品速度快得多。而且，我們的工人操作起來也非常容易。歸根結底，對我們來說最重要的是能夠更快地交付零件。”
福特增材製造專家兼模具專家布魯諾阿爾維斯
該團隊也是Fuse Blast自動化清潔和拋光解決方案的 beta 測試者之一，該解決方案完善了 SLS 工作流程並簡化了後處理。「噴砂處理大大加快了我們的生產流程，因為操作員現在無需手動清潔零件。他們只需將零件放入箱內，然後啟動機器即可。以前，他們需要手動清潔，這非常耗時。現在，操作員可以利用這些時間做其他事情，從而加快生產流程，」阿爾維斯說。
充電埠是一個複雜的元件，用其他任何方法都不可能製作原型。
SLS 3D列印的自支撐特性使其更容易製造複雜的設計。對於新款Explorer，團隊使用Fuse 1+ 30W印表機製造了各種機械零件和組件。
「對於這款充電蓋來說，採用選擇性雷射燒結（SLS）技術至關重要，因為我們需要一個功能性部件來測試其內部機制。它的設計非常複雜，我們無法用其他任何方式生產。我們無法銑削這個部件，也無法使用注塑成型來生產一些樣品。因此，最好的方法是使用我們可以進行物理測試的材料進行打印，」阿爾維斯說道。
本公司內部採用3D列印模具嵌件進行射出成型
擁有多種內部技術也使快速技術中心能夠創建混合工作流程，例如，將傳統製造流程與 3D 列印快速模具相結合。
根據預期用途，團隊可以選擇最合適的生產流程和材料，旨在優化成本、速度和整體工作流程效率。例如，在碰撞測試中，零件必須採用與大量生產相同的材料和製程製造。對於塑膠零件，這通常涉及注塑成型，而注塑成型傳統上需要成本高且耗時的金屬模具。
「我們看到了使用3D列印嵌件進行注塑成型的巨大潛力，因為我們可以非常快速地迭代設計。我們在型芯中列印空腔，然後在模具中更換空腔並注塑零件，」阿爾維斯說。
團隊使用 SLA 印表機，以 10K 剛性樹脂為原料，生產射出成型嵌件。
在相同的應用中，他們在 SLS 印表機上使用二手尼龍 12 粉末。
3D 列印技術使團隊能夠利用其內部工業注塑機快速生產不同設計的注塑模具嵌件，並實現快速迭代。
對於新款 Explorer，該團隊使用其內部注塑機，透過 3D 列印模具嵌件生產門把手組件的橡膠零件。
「這是一個複雜的過程，因為我們使用了多個嵌件，而且還有幾種不同的設計，每種設計都可能需要多次迭代。通常，外部注塑成型可能需要兩到三個月。而內部採用增材製造，我們可以將流程加快到最多兩到三週。對於這個項目，如果我們必須使用外部模具，將會耗費更多時間說道，而且我們也無法按時交付零件，」阿爾維斯也無法按零件進行。
每款車門把手設計都包含兩個用於減震和隔振的橡膠零件。對於四門SUV而言，這意味著每個設計迭代都需要八個獨特的零件。
加速邁向電氣化
福特承諾在2030年實現全電動車型陣容，這為PD Merkenich工廠制定了雄心勃勃的路線圖。為了達成既定目標，公司必須不斷探索尖端技術，並嘗試創新的工作流程。保持競爭力需要他們突破界限，整合新材料、新製程和新設備，例如自主研發的模具和3D列印技術。
「我們的競爭對手正在加快研發進程，我們也需要加快速度。因此，解決方案是測試新材料、新製程和新設備。目前，如果我們無法使用積層製造技術，我們將無法與競爭對手抗衡，也無法達到如此高的速度。3D列印技術使我們能夠在更短的時間內為客戶提供我們所能提供的最佳產品，」阿爾維斯說道。
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