为什么通用汽车的电气未来也是一种添加剂的未来

去年5月3日，通用汽车（通用汽车）宣布刺穿了新闻周期。汽车巨头已与旧金山湾区软件公司Autodesk签订了“多年联盟”，每家公司的工程师都共同创建了一个概念验证，3D印花座椅支架，较轻40％比原始部分强的20％。

新闻产生了媒体闪电声。几十个出版物，来自这个 到有线杂志这个形状奇特、台灯大小的座位支架是有充分理由的。这款车不仅比传统汽车的支架更坚固、更轻，而且通用汽车的工程师们也借助了Autodesk Fusion 360的云计算技术生成设计技术——将原本由八个部件组成的组件整合成一个整体。

在一个多个世纪以上，汽车零件的减肥 - 当追求时 - 一直是一个增量过程．将单个部件轻量化40%是闻所未闻的。同样的道理也适用于将支架的八个组件整合成一个整体。通用电气(General Electric)的3d打印LEAP发动机燃油喷嘴是AM使组装整合成为可能的最著名例子。对于每年生产数十万件零部件的汽车行业来说，如果出现必然的突破，那将是一个好消息。

将里程数到通用汽车的公告是座椅支架本身的照片 - 一个优雅地设计的精益金属对象，具有相互连接的扫描格结构。这是一个功能性雕塑，在机器人髋关节和艺术Nouveau之间逐渐交叉。

然而，对于所有这一创新，很难忽视通用汽车的3D印刷座椅支架仍然是概念验证部分。现在进入第二轮设计迭代（为了节省更大的重量），部分在高端摩托车前首先在通用汽车的消费舰队上市之前先测试。

但在通用汽车的新闻稿之间存在另一个故事，它已经很快地推到了行业的变化很大。虽然每个大三位汽车制造商都参与了一系列通用的未来，在那里发生了一体化的设计和添加剂制造的占据主导地位，通用电机投注胜利是胜利的通过更快的打印机，但通过reimaged数字工作流程。The bet that General Motors seems to be making is that, by the time its engineers perfect a new process flow between generative design, setup for additive manufacturing and simulation testing—a process they’re refining right now with Autodesk engineers who are embedded with GM—the value proposition and throughput capacity for metal AM will enable mass production.

如果GM是对的，这就是内燃机结束的方式。没有爆炸，但使用了150件AI燃料的设计迭代3D印刷座椅支架。

预示区的工程师

也许超过任何其他汽车制造商，通用汽车已接受添加剂制造以来，3D印刷的成立。该公司表示，它在20世纪80年代购买了第一个可用的“快速原型机器”，自从安装了超过50台机器，在最后十年中已经生产了数十万份3D印刷的原型零件。但是自2014年以来首席执行官玛丽巴拉的方向是，该公司的领导能力加强了与顶级行业球员的关系。两年前，通用汽车将其少数设计工程师送到硅谷探讨了探索性的使命。其中一些工程师在旧金山的Autodesk的Pier 9技术中心嵌入了两周，在那里他们采用了次碰撞课程，了解如何使用和将Autodesk的Fusion 360生成设计能力集成到通用汽车的操作中。

通用汽车和欧特克之间的这种关系的好处是相互的。今年10月，欧特克宣布，它已经将所有用于生成设计、高级仿真和五轴加工的Fusion 360层整合到一个产品中。今年1月，两家公司刚刚正式宣布了一项多年的合作，这是否只是巧合，还很难说。但根据我与通用汽车和Autodesk的设计和工程主管的对话，通过最终模拟整合生成式设计正是通用汽车所寻求的。

但是生成设计需要一种不同的思维方式。它不涉及直接建模几何图形，而是围绕限制设置输入，以便软件可以提出几何图形。

自2016年以来，通用汽车表示，它减少了14个车型的总质量。引用了材料和技术进步，该公司表示，大多数模型均超过300磅。仅2019年雪佛兰Silverado比2018型号轻450磅。凯文Quinn，通用汽车的添加剂设计和制造总监，表示，在生成设计和添加剂制造之前只有时间问题是推动这些轻量化努力的主要技术。用座椅支架为例，Quinn将传统的轻量数字与该公司如何接近未来的比较。

“传统上，我们将从最后一个版本的模型开始，也许会调整一下，并提出两个或三个设计迭代，”他说。“我们可能会达到5％的批量储蓄，并使它更强大。”但是生成设计需要一种不同的思维方式。它不涉及直接建模几何图形，而是围绕限制设置输入，以便软件可以提出几何图形。他说，这首先是括号设计的“硬点”，所以需要符合特定要求的材料的部分区域。“支架附着在地板上的区域，或者座扣到支架上的地方，”他说。“所以你设置那些硬点并说，”我必须在这里有材料，在整个方面，附着点必须是这一点。“

然后编程静态负载要求，其中硬点连接到其他部件或组件。然后工程师然后输入周围部件的数据，例如地板，座椅和塑料装饰挡板，覆盖一部分支架。这些是远程区域，软件知道不允许的区域。最后，设计人员主要围绕构建方向，支撑结构以及可能所需的任何额外材料来设计有关添加剂设置本身的数据，以便能够进行后处理，例如五轴加工。

在所有这些步骤中，工程师可以操纵材料来测试每个新迭代的性能。

“在这个过程中，你是无法摆脱工程师的，”Quinn说。“你所做的是给那个人一个更广阔的设计空间和更多的选择来考虑。在传统的设计场景中，我们可能会从上一个版本的座椅支架进行迭代，也许我们会从两到三个不同的迭代中进行选择。使用生成式座椅支架设计，我们问自己最重要的标准是什么。我们本可以选择刚度，但我们说，我们的首要任务是获得我们可以在模拟模型中测试的最低质量，因为当我们通过碰撞模拟和其他测试时，它仍然必须通过我们的要求。”

即将到来的evs舰队

去年10月2日，通用汽车执行副总裁标志reuss.说，通用汽车认为其未来将是100％的电动。该陈述不包括时间表，将通用汽车符合其他传统汽车制造商，这些传统汽车制造商正在公开致力于电动未来。并犯下他们。去年，福特宣布将其投资110亿美元的电动车（EV）投资2022年，并将其杂交和EVS的舰队增加至40队。该公司发誓要削减140亿美元的成本，主要是生产轿车和内燃机的生产．大众汽车正在投资200亿美元的电动汽车技术，并表示其多品牌阵容的每种型号都将包括电动动力系统。保时捷的首席执行官预计其车辆型号将在2030年代全电电动。沃尔沃正在迅速移动，陈述2019年从2019年开始的“每个新沃尔沃介绍”只有混合或电动。

减少排放和禁止燃气或柴油动力发动机的国际承诺正在加强汽车制造商的压力。英国，法国，德国和印度正在采取一系列行动，包括禁止在未来25年内禁止内燃机，并在充电基础设施中投资。In Norway, about 40 percent of cars sold today are already zero-emission vehicles, and the country aims to increase that number to 100 percent by 2025. China, the world’s largest car market, recently passed a cap-and-trade credit program for electric cars that progressively punishes automakers who continue to sell gas- or diesel-powered vehicles. And while the United States is, at the time of publication, on the verge of rolling back the federal Corporate Average Fuel Economy standards, American automakers may have traveled too far toward a low-emissions and EV future to turn back.

考虑一般的电机目前只提供一个混合动力电动汽车，雪佛兰伏特 - 通用汽车将停止生产2019年底 - 雪佛兰螺栓EV的一个扩展范围的全电动车。正如本文的新闻，通用汽车宣布，它正在重新调整其制造能力，并在美国和国外关闭几家工厂。在宣布中明确的是，公司打算在EVS中划分大量投资。实际上，到2023年，该公司计划将“至少20英寸的电动电池和燃料电池车辆提供给其全球阵容，包括未来15个月内的两个新车型。

这一切对于增材制造意味着什么?电动汽车和AM之间有什么联系?答案——或者其中一个答案——是质量。

尽管有充电基础设施，美国电动汽车浮动的两个主要障碍都是成本和限量的单一充电范围。通过印刷零件轻量化被视为克服这些障碍的关键。尽管如此，对于通用汽车的座椅支架，生成式设计过程导致了150个部件的迭代，并将选择范围缩小到单个部件，而不仅仅是选择最轻的选项。美学、可制造性和模拟测试的结果都在这一过程中发挥了作用。GM从这150次迭代中选择的设计是轻量级的，但不是最低权重的选择。

EVS和AM之间的联系部分是部分原因是全新的车型为制造业的新的，更通用，更精简的方法提供了机会。为了充分利用未来的技术发展，习惯和思维的变化是必要的。这些变化是为什么至少在可预见的未来，迈克格劳嵌入通用汽车。

一种新的汽车工作流程

格劳是Autodesk的项目和团队经理之一，为美洲的高级咨询团队。他还是Autodesk的工程师之一，该工程师是在密歇根州沃伦沃伦通用汽车技术中心驻扎的工程师之一。格劳的背景是仿真和CAD的汽车行业，认为即使添加机器可以处理汽车的批量要求，今天的工程师仍然会难以摆脱它们用于的工作流程惯例。Grau的工作是与通用汽车工程师合作以改进设计过程一个CAD模型，创建增材制造的设置，然后将该模型转换为导入仿真。

“你需要概述整个工作流程，”格劳说。“这不是一个学科，你需要成为一个专家。我的角色是管理项目并帮助GM创建和探索这些不同的学科 - 创建从CAD到积累模拟的完美设计工作流程。”

格劳说，模拟生成设计零件仍然是一个主要的挑战。“我们可以创造一个伟大的结构。我们可以创造出漂亮的、格子状的、轻量级的产品，但把它们放在碰撞模拟中是非常棘手的。”这不是欧特克的问题。这是行业的问题。这是一个物理和数学问题。航空业更经常进行静态应力分析，因为理想情况下，飞机不会坠毁。”

Grah的说法，这是航空航天和航空行业采用添加剂和生成设计的关键。“在一辆汽车中，您有多种负载箱，航空业不考虑。当您谈论崩溃仿真时，[联邦]要求，吱吱声和拨浪鼓要求，您在该工作流程中创建的所有设计都必须准备好通过模拟测试，“他说。“这使我们更难创建可以通过OEM集成的工作流程。”Grau补充说，Fusion 360的新添加剂和模拟特定功能意味着大大加快工作流程，两家公司正在学习和炼制的东西。

格劳说:“我们现在所做的就是从通用汽车公司获取设计实例，并通过新的工作流程来运行这些设计。”“所以我们设置了生成部分，创建了第一个生成结果，然后我们对这个结果进行了加法制造过程的优化。然后我们将其收回，并对这些部件进行非线性或碰撞模拟。”格劳和通用汽车的工程师将考虑多种材料和多种安全因素，包括位置和负载限制的大小。“我们从GM围绕设计学习的内容是帮助我们优化软件中的工作流程。通用汽车工程师从美国中获益，因为他们了解我们的软件如何运作。它真的是工作流程的不断发展。一个共生。“

Grau承认，通过生成设计和增材制造实现的轻量化在短期内将被降级为高性能赛车。那么，生长型和添加剂什么时候才能用于消费汽车生产呢?

“我不必推测，”他说。“它已经存在。唯一一个持有我们回来的东西，至少在大多数情况下，是进程到达那里的过程的效率。到目前为止，设计和仿真过程已经花了很长时间。他们涉及工程师的许多手工工作。虽然添加剂仍在不断发展，但软件需要适应和塑造过程。但我们是工程师。我们能做到。”