方向盘背后的可持续奥秘

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(参数|图片) 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。

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。

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。

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。

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。

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(参数|图片)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。

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。

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(参数|图片) Roadster(参数|图片)上使用3D打印部件。

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。

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。