座椅是人與車(chē)輛之間交互的窗口，對(duì)于高性能車(chē)輛而言，座椅的運(yùn)動(dòng)操控性、舒適性尤其重要。為駕駛員提供定制的座椅，在很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)是賽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)配置。保時(shí)捷正致力于將賽車(chē)定制級(jí)座椅帶來(lái)的舒適體驗(yàn)融入保時(shí)捷跑車(chē)中，而增材制造-3D打印技術(shù)為保時(shí)捷實(shí)現(xiàn)座椅的舒適性能和定制生產(chǎn)提供了技術(shù)上的可行性，也為汽車(chē)內(nèi)飾件的設(shè)計(jì)創(chuàng)新提供了新思路。

      經(jīng)過(guò)前期的研發(fā)與駕乘測(cè)試，近日，保時(shí)捷宣布3D打印全斗式座椅，已可向保時(shí)捷Boxster、Cayman 和 911 車(chē)型用戶提供。并且從2022 年 2 月起，這款座椅也可以作為標(biāo)準(zhǔn)配置，從保時(shí)捷（Porsche Exclusive Manufaktur ） 訂購(gòu)。本期，深度了解保時(shí)捷3D打印全斗式座椅的設(shè)計(jì)創(chuàng)新性，及其背后成就新一代汽車(chē)內(nèi)飾的增材制造-3D打印技術(shù)。

© 保時(shí)捷

有限空間內(nèi)，締造新設(shè)計(jì)

 保時(shí)捷的愿景-為每位用戶提供專屬座椅

‘A seat just as individual as its driver’

根據(jù)保時(shí)捷，3D 打印全斗式座椅適用于所有配備傳統(tǒng)全斗式座椅的保時(shí)捷車(chē)型。 已經(jīng)交付給用戶的保時(shí)捷汽車(chē)，也可以通過(guò)改裝安裝這款3D打印座椅。有些車(chē)型甚至可以在乘客側(cè)安裝完整的斗式座椅。 根據(jù)保時(shí)捷， 每個(gè)座位的價(jià)格為 2,677.50 歐元。

保時(shí)捷3D打印全斗式座椅采用模塊化的三明治結(jié)構(gòu)：

      最外層由 Race-Tex 材料制成，這種防滑材料為提供了充足的支撐，獨(dú)特的穿孔表面可改善座椅的被動(dòng)通風(fēng)性能。中間層為透氣舒適層，由增材制造-3D打印技術(shù)制造，采用了聚氨酯基的材料。3D打印舒適層在設(shè)計(jì)上采用了點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)，這是一種典型的面向增材制造而設(shè)計(jì)的方式。最底層是由發(fā)泡聚丙烯 (EPP) 制成的底座支撐，與3D打印透氣舒適層結(jié)合在一起，不同層之間的采用了創(chuàng)新性的連接技術(shù)，在對(duì)不同模塊進(jìn)行連接時(shí)，不再需要使用粘結(jié)劑。最初，保時(shí)捷為用戶提供的3D打印晶格結(jié)構(gòu)中間的顏色包括：黑色、警衛(wèi)紅色和賽車(chē)黃色。預(yù)計(jì)2020年2 月份，顏色范圍將增加北極灰、群青和鯊魚(yú)藍(lán)。

      三明治結(jié)構(gòu)的中間層-3D打印舒適層，蘊(yùn)含著這款保時(shí)捷座椅的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)理念與制造工藝。

保時(shí)捷揭示了這款3D打印汽車(chē)座椅中的創(chuàng)新點(diǎn)：他們利用增材制造技術(shù)最大化座椅的功能性，并實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)。

     3D打印點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)改進(jìn)了座椅的形狀復(fù)位功能, 最外層透氣材料與中間層3D打印晶格結(jié)構(gòu)，為座椅帶來(lái)良好的被動(dòng)通風(fēng)功能。在定制化方面，保時(shí)捷宣布已可以為座椅提供三種不同的剛度，而將來(lái)目標(biāo)是為每位用戶提供更加個(gè)性化的座椅。正如保時(shí)捷在3D打印座椅的官宣視頻中所說(shuō)，他們的愿景是為每位用戶提供專屬的個(gè)性化座椅。

 增材制造成就美感、功能與個(gè)性化

    以上種種創(chuàng)新離不開(kāi)背后的增材制造-3D打印點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)。3D打印晶格結(jié)構(gòu)，可以認(rèn)為是大量相同的點(diǎn)陣單元通過(guò)某種形式周期性地組合而構(gòu)成的多孔結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的性能具有很高的設(shè)計(jì)靈活性，通過(guò)調(diào)整點(diǎn)陣的相對(duì)密度、單胞的構(gòu)型、連桿的尺寸，達(dá)到結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、韌性、耐久性、靜力學(xué)性能、動(dòng)力力學(xué)性能的完美平衡。[1]

      這意味著，設(shè)計(jì)師通過(guò)調(diào)整單個(gè)胞元尺寸、桿徑和胞元形狀，將可能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更高的設(shè)計(jì)美感和力學(xué)性能，同時(shí)也可以通過(guò)這些調(diào)整，在外觀與性能上實(shí)現(xiàn)個(gè)性化。結(jié)合增材制造-3D打印在制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)方面的能力，設(shè)計(jì)師能夠更加能夠?qū)Ｗ⒂诋a(chǎn)品本身，這為3D打印晶格結(jié)構(gòu)的應(yīng)用打開(kāi)了更大的空間。

     保時(shí)捷增材制造合作伙伴-裕克施樂(lè)（Oechsler）通過(guò)其位于德國(guó)、美國(guó)和中國(guó)（太倉(cāng)）的生產(chǎn)基地，已經(jīng)生產(chǎn)了超過(guò)200萬(wàn)個(gè)3D打印零件，在3D打印點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)的大批量精益生產(chǎn)方面已積累了大量應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

巴斯夫Forward AM與裕克施樂(lè)汽車(chē)內(nèi)飾件增材制造webinar

裕克施樂(lè)曾攜手巴斯夫Forward AM 分享了3D打印點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)在汽車(chē)座椅制造中的應(yīng)用，及其為汽車(chē)制造商和駕乘用戶帶來(lái)的附加價(jià)值，包括：

• 更高的舒適度；
• 通風(fēng)性能；
• 通過(guò)增材制造點(diǎn)陣設(shè)計(jì)，使座椅的不同區(qū)域擁有不同的硬度；
• 輕量化（減重幅度達(dá)35%）；
• 減少所占空間（減幅達(dá)40%）；
• 根據(jù)不同的壓力地圖，為3D打印座椅設(shè)計(jì)個(gè)性化的力學(xué)性能；
• 同一款材料（例如：TPU），通過(guò)增材制造實(shí)現(xiàn)不同力學(xué)性能的解決方案。

裕克施樂(lè)打磨了六項(xiàng)工藝，為高附加值汽車(chē)座椅的增材制造生產(chǎn)提供了保障：

• 3D打印點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)具有的多孔特性提供了更好的通風(fēng)性能；
• 不同3D打印模塊之間采用特殊組裝方式，無(wú)需使用粘合劑；
• 后處理染色工藝，為座椅提供豐富的色彩選擇；
• 3D打印鉸鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，可以一體化制造兩片連接在一起的3D打印組件，從而能夠制造超越3D打印設(shè)備構(gòu)建尺寸的座椅組件；
• 利用增材制造制造功能集成結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)與點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的一體化制造，減少對(duì)于零件裝配的需要；
• 當(dāng)3D打印座椅采用模塊化設(shè)計(jì)時(shí)，不同模塊銜接處具有相同的力學(xué)性能。

    裕克施樂(lè)制造的3D打印點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)，可作為座椅的中間層/舒適層材料。在座椅的不同區(qū)域，3D打印晶格胞元的設(shè)計(jì)有所不同，晶格設(shè)計(jì)的多樣性，使得座椅的不同區(qū)域具有不同的功能與性能。座椅舒適層的應(yīng)用，很好的體現(xiàn)了3D打印晶格結(jié)構(gòu)的性能所具有的高設(shè)計(jì)靈活性。

     汽車(chē)設(shè)計(jì)師面臨的挑戰(zhàn)是在一個(gè)相對(duì)小，并對(duì)重量有所限制的空間內(nèi)，為用戶創(chuàng)造一個(gè)兼顧舒適性、美觀性、隔音性和耐用性的環(huán)境。而增材制造技術(shù)憑借其制造創(chuàng)新性復(fù)雜設(shè)計(jì)與易于實(shí)現(xiàn)定制化生產(chǎn)的能力，將為汽車(chē)內(nèi)飾件創(chuàng)新與制造提供全新可能性。[2]

參考資料：

[1] 增材制造創(chuàng)新設(shè)計(jì). 《點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)分享》

[2] BASF Forward AM “Automotive – Ultrasint® TPU for Car Interior Applications”

(責(zé)任編輯：admin)

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