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宝马的循环经济(八)——方向盘背后的可持续奥秘

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发表于 2021-10-27 16:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
在2021德国国际汽车及智慧出行博览会(IAA)上,宝马集团全球首发了BMW i 循环概念车(BMW i Vision Circular)。在这款概念车上,方向盘不再是一个按键功能的结合体,其更多的变成了由木粉打印制成的工艺品。
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针对BMW i 循环概念车的每个细节,宝马都将可持续发展与一种全新而充满激情的设计美学相结合,宝马也将这种理念称为“循环设计”。尤其在内饰设计及配置上,豪华氛围之外,更多体现了宝马可持续材料与制造工艺,其中就包括一款全新的3D打印零部件。
相比传统的方向盘,BMW i 循环概念车运用了由再利用木粉3D打印而成的方向盘。在全新的制造方式下,木粉材料的方向盘看起来更加自然化,减轻了汽车钢铁与身俱来的冰冷。另外,在按钮、零部件等减少的同时,使得宝马这款概念车更具科技感。

由“简”至“繁”的方向盘

在一辆汽车的生产制造过程中,成千上万的零部件都是必不可少的组成部分,其中,方向盘的存在似乎是最为理所应当。其实,追溯到一百多年之前,汽车的设计中却是没有方向盘的,随着历史的发展,方向盘才被陆续的使用到机动车和汽车当中。虽然方向盘的历史并不是特别久远,几乎与汽车出现在同一个年代中,但方向盘的变迁应用却由内而外改变了汽车的整体设计。
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历史资料显示,第一次方向盘的使用是在1896年。在此之前,汽车是没有真正的方向盘。当时汽车的原型都是马车,在设计转向系统时,设计者大多参考船的舵柄设计,同时也有人仿制过飞机的转向杆,用一个操纵杆或手柄来使前轮偏转实现转向。但由于这两种转向操纵费力且不可靠,最终没有在汽车中沿用下来。
1896年,弗雷德里克•斯特林克兰(Frederiek.Strickland)及汽车制造商德雷克(A.J.Drak)将船用转向柱和方向盘技术应用到汽车上
1896年,当时方向盘和转向柱是垂直安装的,虽然有一定的不便性,但是已经是当时最好的转向装置了,因此各个车企都开始使用圆形方向盘。
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在之后长达三十多年的时间中,方向盘都仅仅作为转向的一个执行部件,而这也是其目前最大、最重要的功能。到了1927年,各汽车厂商开始将外置的喇叭结合到了方向盘上,一时间方向盘与喇叭整合开始成为方向盘的一个标准。

二战结束之后,随着动力转向系统的普及,驾驶的任务变得轻松起来,同步于车载电子系统的发展,方向盘上被赋予更多了的功能,除了最开始的喇叭和音量键外,现在还增加了安全气囊、音量调节、定速巡航等一系列功能。

发展至今,汽车“方向盘”从最早的铁杆设计变成了圆盘,在功能地位上,它也从最早可有可无的零部件变成一辆汽车最重要的功能中心,操控汽车最多的组成部分。可以说,现在的方向盘是一个多功能、多零件的结合体,它的一系列技术应用让汽车走在了智能化领域的前列。
多功能方向盘背后的污染与资源浪费

当一辆汽车拥有更多的功能技术应用,就需要大量的开关进行控制。为了增强便利性,让更多的控制权集中到驾驶者手中,这就意味着必须把更多的按钮增加到方向盘上。表面上看,多功能方向盘让一辆汽车的驾乘体验更加方便,但在生产制造的背后,也大大的增加了产品污染。
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对于一辆传统汽车的方向盘,其主体部分主要由骨架和发泡构成。其中,骨架一般为锌合金或铝合金,为了节约成本,有些生产厂家正在尝试采用更便宜、更轻的镁合金。骨架制造为工业压铸,首先将固态材料融化成液态,然后将液态金属注入压铸模具,等待压铸完成后,打开冷却,最终去除毛刺即可得到完整的骨架。

在骨架生产的过程中,根据固态材料熔点的不同,其融化需要大量的热量,这就意味着在煤燃烧产生热能的过程中将形成较多的污染气体。另一方面,金属材料在变成液体后将存在部分残余,不能完全变成固体,这或将残留在水中,对水资源产生部分污染。

除此之外,方向盘的生产还需要将骨架固定在发泡机中,使得方向盘很有握感。该过程也是利用模具,在其中注入聚胺甲酸酯,当产生化学反应后,泡沫塑料会立即在模具内膨胀,包裹住电枢。在这个过程中,塑料发泡的使用本身就是一种污染物,另外,在后期的汽车使用中,由于方向盘发泡的使用会导致车内甲醛、pH值等数值超标,影响空气质量。
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在目前的汽车方向盘中,产生污染的不止于骨架和发泡,有些方向盘还要求有外表缝皮,这一般由工人完成;还有方向盘要求有木料,将木片叠积后再上漆。这些特殊的需求将使方向盘的使用材料进一步增多,由此产生了材料浪费。

另外,随着方向盘的功能键大幅增多,越来越多的触点模块并集成一部分电气线束和电路板在上面,方向盘与车身线束连接的线路多达几十个。在这种情况下,主要由柔性扁平电缆、做相对转动的上下壳体、线束和接插件等组成的时钟弹簧成为中间的重要连接。功能键越多,则使用的时钟弹簧、电线等数目都会相对增加。

木粉3D打印的意义

为了更加彻底的贯彻“再思考、再精减、再利用、再循环”原则,BMW i 循环概念车在方向盘的设计上使用再利用的木粉进行3D打印。在减少传统方向盘镁铝等金属材料使用的同时,还将进一步减少方向盘上零部件的使用,从而在功能简化的过程中降低原料使用。

据了解,一辆传统汽车的方向盘生产大约需要1kg的铝合金,在使用木粉3D打印时,其至少将为每辆车节省1kg的镁铝合金。按照2020年宝马集团232.4万辆(宝马品牌、MINI品牌和劳斯莱斯品牌)的全球销量,粗略计算该技术每年至少为宝马节省2324吨铝合金。
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从BMW i 循环概念车的方向盘上看,其利用的是木粉,该材料是指木材打成的粉末,一般是来源于家具厂、密度板厂等加工剩余的边角废料。木粉可用于蚊香、皮革、服装、造纸等,用途广泛,是一种新型节能环保原料。在木材资源锐减的趋势下,使用木粉是对资源的一种再次利用,这使宝马在实现环保的基础上对资源进行二次利用。

除了原材料方面的改变,BMW i 循环概念车的方向盘是以3D打印方式制造。据了解,3D打印技术已经诞生三十多年了,现在已被广泛应用于模具制造、汽车、珠宝、建筑、航空航天等领域。相关预测显示,到2025年时,3D打印的潜在经济影响将达到0.2万亿美元。

对于宝马而言,3D打印技术也并不陌生,在过去十多年的时间中,它已经通过3D打印方式生产了超100万个零部件,这也使宝马成为了第一家利用3D打印技术批量生产成千上万个金属零部件的汽车制造商。
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资料显示,早在2018年时,宝马集团就投资1000多万欧元,在慕尼黑北部的上施莱斯海姆(Oberschleissheim)建立全新3D打印研发和生产中心。目前,宝马集团旗下的三个公司都在一定程度上使用了 3D打印部件,劳斯莱斯自2012年以来一直在使用,MINI现在向其客户提供此选项,而宝马在新款i8 Roadster上使用3D打印部件。
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此次,宝马使用木粉3D打印方向盘,则是在循环经济原则下针对性地进行技术探索和创新性生产。相比汽车零部件传统的生产制造方式,3D打印技术一方面可以实现更为精准细致的图案,并在保证高质量生产的前提下实现轻量化。另一方面,零部件在打印过程中可以快速成型,减少组装时间,利于批量生产。除此之外,3D打印技术还可以满足用户的个性化需求。对于逐步走向年轻化、多需求的汽车市场来说,3D打印技术将在很大程度上增加宝马未来汽车创新效率。
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更为重要的是,利用3D打印技术生产轻量化组件,可以很好的减轻汽车重量,约为10%-15%,从而提升燃油经济性。尤其在车身、底盘和发动机方面,3D打印都可以通过对钢、橡胶等材料进行生产制作,从而减少原材料的浪费,降低劳动力成本。与此同时,通过一体打印制作,方向盘的功能按键几乎将完全消失,这使BMW i循环概念车在精简中实现科技提升。

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