2020汽车圈的解难药来了！降本增效还轻量化，最新美国汽车创新大奖案例解读
近日，美国塑料工程师学会（Society of Plastic Engineers ，简称SPE ）美国底特律郊区举行了第49届汽车创新奖颁奖典礼，向入围奖、类别获奖者以及大奖获得者颁发奖杯。
2019年SPE汽车创新大奖一共颁发了增材制造、后市场和限量版/特种车辆、车身外饰、车身内饰、底盘/应将、环保、材料、动力系统以及工艺/装配/使能技术等奖项类别。
今日我们来看看部分获奖的汽车创新技术产品，了解它们如何通过材料及工艺的创新实现轻量化及降本增效。
01获奖产品：多层增材制造组件
应用汽车：捷豹XE SV Project 8超级跑车
系统供应商：HP Inc.
材料加工商：捷豹路虎公司
材料供应商：HP Inc及DyeMansion GmbH
树脂：HP高重复性PA12
增材制造被证明是在这款高性能轿车上生产19个零部件的最有效并具有成本效益的方法。这款轿车的总制造规模不超过300辆。
开发和生产零部件都是在同一打印机平台上生产的，从而减少了大量的模具投资（约12.3万美元）以及存储和维护成本。
所有19个汽车零件在一个套件中同时打印，并且可以同时生产多个套件。此外，零件提供比传统生产的零件更好的粘合附着力，并通过了油漆附着力测试。
02入围产品：减重30%的全长侧储物箱
应用汽车：通用GMC Sierra/雪佛兰SILVERADO 皮卡车
系统供应商：Gemini Group-Regency Plastics, Inc.
材料加工商：Hutchinson、Eberhard Mfg.、Co. Gemini Plastics Inc、Sierra Plastics Inc., GPM Profile Extrusion以及Regency Plastics, Inc.
材料供应商：Washington Penn Plastics Co., Inc.
树脂：PPC1GF15-UV YZ9A 15% GR-PP
工具供应商：Midwest Mold Builders, Inc.
这些全长（77英寸/196厘米）侧储物箱通过D型环系紧装置连接，并放置在全尺寸捡拾器的轮槽上，无需再安装客户可见的紧固件和支架，也无需为附件钻新孔。
车载麦克风的吹塑盒和盒盖比常规的钢铁或铝盖减重了25%-30%，且易于安装和拆卸。
盒盖可上锁，打开便可取出里面的东西，同时将较小的物品放在主床外并固定贵重物品。整个部件由注塑门闩盖，门闩嵌框，手柄和挤压密封条构成。
03入围产品：降低20%成本的照明标志导光板
应用汽车：GMC Sierra皮卡车及Yukon SUV
系统供应商：Windsor Mold Group
材料加工商：Global Lighting Technologies Inc.
材料供应商：Idemitsu Kosan Co., Ltd.
树脂：Tarflon LC1500 PC
工具供应商：Global Lighting Technologies Inc.
这个车标的大小和形状难以采用传统的径向设计在导光板上使用单个LED，以确保整个路径上光线的一致输出。
将LED放置在每个字母后面会大大增加成本和复杂性，影响搭配成分。制造商通过激光蚀刻导光工具的周长，实现了对光强度的高度控制，降低了20%的成本。在极端处使用最高蚀刻密度以最大化光输出，而在光源附近需要最轻的蚀刻密度。
01获奖产品：太阳镜箱
应用汽车：福特探险家（Ford Explorer）SUV
系统供应商：Methode Electronics, Inc.
材料加工商：Methode Electronics, Inc.
材料供应商：塞拉尼斯公司（Celanese Corp.）
树脂：Celstran PP-GF20-02 LFT-PP
模具供应商：RGM Tooling Consultants, Inc.
增材制造用于生产一款单一的配件镶件（挺杆），取代2个传统加工的挺杆，以塑造一个注塑太阳镜储物箱。
太阳镜储物箱的设计变化产生了一个更深的口袋与更重的咬边，增材制造的加工工艺使得储物箱不存在热点、翘曲，或脱模问题，不需要切换到更昂贵的树脂。
新的深仓设计也更好地满足了客户的要求，同时减少了周期时间，模具报废，模具维护，提高了成品零部件的尺寸稳定性。
02入围产品：凸耳螺母起动器
应用汽车：通用雪佛兰Silverado皮卡车
系统供应商：Stratasys, Ltd.
材料加工商：Eckhart
材料供应商：Stratasys, Ltd.
树脂：PA12
工具供应商：Eckhart
这项正在申请专利的凸耳螺母起动器工具是通过增材制造生产的。其独特的设计意味着无需再使用凸耳扳手或JEMMS特殊头拧紧工具，电池驱动器和充电器。
用户的工效学得到改善，在一个车轮上的六角螺母可以一次启动，而不是单独启动。由于扭矩输出减少，交叉拧入螺母的可能性要小得多。此外，模具成本降低了2000-3000美元/单位模具，不需要额外的设备，设计可以适应任何圆形螺栓模式。
03入围产品：仪表板删除插头
应用汽车：福特Ford F-150 Raptor 皮卡车 (中国市场销售)
系统供应商：Detroit Manufacturing Systems LLC
材料加工商：Ford Motor Co.
材料供应商：Carbon, Inc.
树脂：EPX82 2K epoxy
该A级外观的3D打印生产零件通过了包括紫外线照射在内的所有要求。它加快了设计、测试和生产，减少了70000美元的模具成本，并节省了3个月的制作时间。美观的带有徽标的删除插件优于非功能按钮。
01获奖产品：复合材料皮卡厢
系统供应商及材料加工商：大陆结构塑料公司（Continental Structural Plastics）
材料供应商：帝人公司（Teijin Ltd.）
树脂：Sereebo A235Y碳纤维增强PA 6 片材
工具供应商：Paragon D&E, Model Die & Mold, Inc., Altron，Automation以及Legacy Industries
这是业界第一个热塑性复合材料和碳复合材料的皮卡厢，它实现减重28公斤，提供了一流的抗冲击性/耐用性，采用未上漆的紫外线稳定材料，无需采用皮卡车常用的货箱宝（货箱宝是主要应用于各类卡车、货车、皮卡车、翻斗车车厢等。这类材料有防腐，耐磨，防水等功能，不同的材料功能侧重不同）。
无需使用货箱宝可实现减重18公斤，并可根据客户的需求将其他功能模压至皮卡厢内，包括功能分区和摩托车轮胎袋等。
整个皮卡厢在成型过程中能够实现更深的拉伸，从而增加了货物的容量。由于采用了新材料、工艺、涂层和连接方法，克服了重大的技术挑战。整个皮卡厢是完全可回收的，有些废料可以在车上再利用。
02入围产品：福特汽车集成功能结构靠垫
应用汽车：福特探险家（Ford Explorer）以及林肯航海家（Lincoln Aviator）SUV
系统供应商及材料加工商：Flex-N-Gate Corp.
材料供应商：塞拉尼斯（Celanese）
树脂：Celstran PPGF40-20 AD3004黑色 LFT-PP
工具供应商：Integrity Tool & Mold
这是迄今为止已知的最大的和最完整的结构摇枕/前端模块托架。该系统包括上部和下部主动格栅百叶窗外壳结构、直接安装的碰撞传感器、防撞梁上的IIHS小偏移结构、下部冷却组件支撑结构，以及插销加固和安装集成。
与先前的模型相比，这款在钢铁插入件上的注塑设计减少了大量的金属加强件，实现减重10%，节约20%的成本。由于重要的零件集成，材料和紧固件的使用，节约了装配车间的空间和劳动力。它支持跨越两个平台的300个构建变量。
03入围产品：玻璃管密封系统
应用汽车：福特探险家（Ford Explorer）SUV
系统供应商及材料加工商：Cooper Standard
材料供应商：Cooper Standard 及埃克森美孚公司（ExxonMobil）
树脂：Fortex TPV
工具供应商：Cooper Standard
这款新型的弹性体结合了三元乙丙橡胶和TPV材料的优良特性，通常用于汽车密封。它更轻，提供一流的压缩永久变形，耐候性和耐化学性，同时保持高弹性，提高NVH和抗划伤性。
该非导电弹性体不含增塑剂，低VOC，不含亚硝胺，不起晕、不起雾。它还提供广泛的颜色匹配和改进的颜色/光泽饰面，以增强美观性，并且更易于操作人员在装配线上进行安装。
04入围产品：主动导风板
应用汽车：Ram 皮卡车
系统供应商：麦格纳外饰部（Magna Exteriors）
材料加工商：Prism Plastics, Inc., US Farathane Corp.
材料供应商：巴斯夫（BASF）、帝斯曼（DSM）以及奥升德（Ascend）、Performance Materials 以及安特普（RTP）.
树脂：Ultramid B3WG7 BK 35% GR-PA 6, Akulon、K224-HG6 30% GR-PA 6、Vydyne R533H BK02 33%GR-PA 6/6、KTPE 85A和 Nylabond 6091-85A black TPE
工具供应商：Prism Plastics, Inc., Quest Industries, Inc.,Precision Die & Machine Co.
安装在车架上的主动导风板位于车辆前方，保险杠下方，以设定的速度启动/收起，以减少阻力，改善空气动力学，并提高燃油效率。
要达到同样的0.7英里/加仑的燃油效率，需要将车辆重量减轻100磅/45千克。该系统的设计是为了承受高能量的冲击，这归功于一个独特的装置，其中包含一个机械离合器和一个二次喷射成型叶片。
01获奖产品：整合按钮载体模块化策略
应用汽车：福特探险家（Explorer）、航海家（Aviator）以及冒险家（Corsair）SUV
系统供应商及材料加工商：Methode Electronics, Inc.
材料供应商：The Materials Group
树脂：Opticarb 8085SE PC/ABS
工具供应商：RGM Tooling Consultants, Inc.
为了减少正顶控制台复杂性，汽车制造商开发了一种新的设计，将机械、照明、电气和安全功能集成到由MIC PC/ABS注塑成型的单个模块化按钮载体中。
随着所有程序的变化，原有的零件数量从70个/车减少到17个/车，实现了7美元/车的成本节约和142万美元的工具和测试程序节约。
目前没有发现按钮绑定问题，BSR得到了改进，并且车顶衬里更适合。迄今为止，该项技术已申请了2项专利，并授予了1项。
02入围产品：手套箱插销
应用汽车：福特探险家（Ford Explorer）SUV
系统供应商：Detroit Manufacturing Systems LLC
材料加工商：Piolax Corp.
材料供应商：巴斯夫（BASF）、盛禧奥（Trinseo）以及宝理塑料（Polyplastics）和Ashtabula Rubber Co.
树脂：Ultramid B3EG6 30% GR-PA 6, Pulse 2000ez PC/ABS, Ultraform
M90-44 POM, ARC PN 43181 70 durometer polychloroprene
工具供应商: Lamko Tool and Mold
这款正在申请专利的手套箱插销，重新设计采用了5项创新，改进了装配和表面处理，降低了NVH，减少了30%的成本，并允许进行自动装配。
第一，两个半壳体是相同的，无需更换注塑模具。第二，一个L形弹性元件取代了原有用于保锁爪啮合的小间隙，从而减少零部件的移动和噪音。第三，互锁设计取代了卡扣，使锁更加坚固。第四，双扭力弹簧减少了锁闩组件的扭曲，有利于自动装配。第五，每一个模具上的定位器具有停止功能。
01获奖产品：后差速器模块前支架
应用汽车：Jeep 自由光（Cherokee）SUV
系统供应商：Boge Rubber & Plastics
材料加工商：Boge Rubber & Plastics
材料供应商：巴斯夫（BASF）
树脂：Ultramid A3WG10CR 50% GR-PA 6/6
工具供应商：N/A
在这个要求很高的后差速器模块中，一个50%GR-PA 6/6的注塑支架取代了原来采用压铸及机床加工的工铝支架，实现每辆汽车减重30%，节约1美元的直接成本。
复合材料注塑支架的矩阵由于提供了10倍的高阻尼，从而提高了NVH性能。该支架当前的包装空间也适应这种结构变化。
该零件通过了所有性能和耐用性要求，剔除了腐蚀问题，并将在程序的整个生命周期内显著降低模具成本。
01获奖产品：100%的PCR 碳罐外壳
应用产品：福特野马跑车（Ford Mustang sports car）
系统供应商：Delphi Technologies PLC
材料加工商：MGS Mfg. Group
材料供应商：Wellman Advanced Materials
树脂：Ecolene PP8004-BK1 20% GR-PP
工具供应商：MGS Mfg. Group
来自PCR地毯的PP背衬通过再循环回用于乘用车的注塑碳罐壳中。这是第一个100%PCR聚丙烯基碳罐。通过取代聚丙烯新料，再生树脂在不牺牲加工或模压件性能的情况下降低了25%的成本，增加了可持续性。目前，它正在全球20多个福特项目上推广。
02入围产品：稻壳填充聚丙烯
应用汽车：福特锐界SUV（Ford Edge）
系统供应商：ARaymond
材料供应商：ARaymond
材料供应商：RheTech A HEXPOL Co.
树脂：RH10P325-0110% rice hull-filled PP
工具供应商：ARaymond
作为福特汽车8种可再生材料之一，稻壳被用作注塑聚丙烯布线通道的增强材料，在不损失性能的情况下取代20%的滑石填充聚丙烯。
稻壳中二氧化硅含量高，具有很高的抗霉菌和真菌生长能力，比纤维素增强塑料具有更好的阻燃性和较低的吸湿性。
与即将推出的滑石粉填充聚丙烯相比，该应用实现10%的减重，10%的成本节约，但符合所有原始设备制造商的规格要求。它还为农民提供了额外的收入来源。
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