3D打印能否革新汽車產(chǎn)業(yè)？

3D打印能否革新汽車產(chǎn)業(yè)？

  隨著“工業(yè)4.0概念”的不斷拋出，3D打印作為該革命技術(shù)支持的核心之一，近年再次被推到市場的風(fēng)口浪尖，已經(jīng)運(yùn)用于多個行業(yè)。而制造業(yè)的驕子－汽車及零部件制造則是3D打印技術(shù)重點(diǎn)推廣領(lǐng)域。
而3D打印在汽車產(chǎn)業(yè)目前的研發(fā)和應(yīng)用狀況如何？目前最大的技術(shù)瓶頸是什么？未來將呈現(xiàn)何種形式？文章將圍繞這一系列問題來展開。
一、3D打印是什么？
在討論3D打印汽車之前，先普及下3D打印概念：3D打印是快速成型技術(shù)的一種，又稱增材制造技術(shù)，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。與普通打印機(jī)相比，3D打印機(jī)的“墨水”為原材料，通過若干層材料的堆疊達(dá)到立體效果。有許多人將這一過程比喻為搭積木，的確有幾分相似。

二、3D打印跟傳統(tǒng)加工方式（CNC）的相輔相成
而提及3D打印，不免有人將其與號稱“當(dāng)今機(jī)械加工和機(jī)械制造領(lǐng)域的經(jīng)典之作”的CNC技術(shù)相比較，探討中，專家指出，這是兩種不同的技術(shù)，3D打印是增材制造，是用增加相應(yīng)的材料來成型工件的。而CNC是減材制造，是用去除多余的材料來成型工件。這兩者也各有各的優(yōu)勢，CNC的加工精度會高于3D打印，而3D打印能夠制造的零件的復(fù)雜程度要遠(yuǎn)高于CNC。3D打印是傳統(tǒng)加工方式的一種重要補(bǔ)充，它的主要功能不是替代而是補(bǔ)充，因此，3D打印和CNC結(jié)合是一種非常好的形式。
三、3D打印的先進(jìn)性
3D打印技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于可以為復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零部件免去開發(fā)開模環(huán)節(jié)，縮短新品開發(fā)周期，節(jié)省出更多的人力、財(cái)力和時間。此外，3D打印技術(shù)可使金屬零部件的力學(xué)性能和精度達(dá)到鍛造件的指標(biāo)，保證汽車零部件對于精度和強(qiáng)度的要求。
四、3D打印的巨大缺陷－不適合大批量生產(chǎn)
看過007系列最新電影《大破天幕殺機(jī)Skyfall》的觀眾，一定會對其中那輛1960年的阿斯頓·馬丁DB5汽車被炸成碎片的情節(jié)唏噓不已。實(shí)際上，那部付之一炬的豪車就是由3D打印技術(shù)制作的。
事實(shí)上，3D打印并不是一個新概念，已經(jīng)有近三十年的歷史，不過3D打印汽車的出現(xiàn)離我們并不遙遠(yuǎn)。2013年上半年，一臺名為Urbee 2的小車誕生了，而其前身Urbee早在2010年就推出了，只不過當(dāng)時由于各種問題只停留在了概念階段。Urbee 2包含了超過50個3D打印組件，但這相較傳統(tǒng)制造工藝顯得十分精簡。車輛除了底盤、動力系統(tǒng)和電子設(shè)備等，超過50%的部分都是由ABS塑料打印而來。據(jù)悉，生產(chǎn)Urbee 2需要花費(fèi)2500小時，換算一下就是沒日沒夜也需要超過100天才能打印這樣一輛車。

2014年，Local Motors公司推出了升級版的3D打印車Strati（斯特拉迪），此車的進(jìn)步之處首先在于它的底盤部分也采用了3D打印技術(shù)制造，其次它的打印時間僅為44個小時。如果加上組裝時間，最新的數(shù)據(jù)表明只需要三天就能造出Strati。從超過100天到3天，效率的飛速提升預(yù)示著3D打印汽車的未來發(fā)展不可預(yù)估。
而就在日前，德國獨(dú)立汽車設(shè)計(jì)公司EDAG在2015年的日內(nèi)瓦車展上帶來一款3D打印概念車LightCocoon，新車外殼每平方米僅重19克，是一張A4紙的四分之一。
盡管3D打印車在不斷的興起和升級，但是從客觀上來講，3D打印技術(shù)應(yīng)用在汽車領(lǐng)域尚不是其強(qiáng)項(xiàng)，因汽車是一個大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，而3D打印目前更適合于個性化產(chǎn)品和小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)。
五、3D打印在汽車中的應(yīng)用圖解
目前3D打印技術(shù)有七種基本類型，分別為材料熔融擠出FDM、粘合劑噴射3DP，材料微滴噴射、粉材平鋪融化、直接能量沉積LENS、薄材疊加LOM、光敏樹脂平鋪SLA。其中，F(xiàn)DM、粉材平鋪融化以及SLA已經(jīng)使用在汽車工業(yè)制造上了。
專家表示，目前應(yīng)用主要有五大方面：
1、用于設(shè)計(jì)；
2、結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件的直接制作；
3、汽車上的輕量化結(jié)構(gòu)零件的制作；
4、定制專用的工件和檢測器具；
5、整車模型的制作。
不過在此值得提出的是，3D打印設(shè)備的實(shí)際意義是幫你在設(shè)計(jì)或者產(chǎn)品制樣的過程中提高某個環(huán)節(jié)的效率，而不是完全代替整個流程。就像Urbee，3D打印機(jī)可以為它實(shí)現(xiàn)打印車身外殼、減重車身、個性化設(shè)計(jì)，但電機(jī)等關(guān)鍵零部件都還是來自于傳統(tǒng)制造業(yè)。與傳統(tǒng)企業(yè)制造汽車區(qū)別最大之處在于，3D打印汽車是先打印出單個的、一體式的車身，再將其他部件填充進(jìn)去，而不是將車身各部分組裝到一起。

六、3D打印的瓶頸－材料種類少、價格高
因?yàn)樗�的材料和工藝的特殊性，目�?D打印技術(shù)運(yùn)用還是在汽車零件的原型階段，最為有優(yōu)勢。然這些跟汽車上實(shí)際使用的材料種類相比還是有很大差距的。所以我們一般是看結(jié)構(gòu)件為主。
另外，值得欣慰的是，今年2月28日，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委、財(cái)政部研究制定的《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015－2016年）》提出要將3D打印與汽車、航空航天、生物醫(yī)療等重要細(xì)分領(lǐng)域分門別類地進(jìn)行跨行業(yè)聯(lián)合，突破一批增材制造專用材料。到2016年，實(shí)現(xiàn)鈦合金、高強(qiáng)鋼、部分耐高溫高強(qiáng)度工程塑料等專用材料的自主生產(chǎn)，滿足行業(yè)發(fā)展需求。這對于3D打印材料的發(fā)展無疑是一劑強(qiáng)心針。
除種類少外，3D打印在材料方面的另一道障礙則是成本，材料成本是一個相對的概念，在批量非常小的情況下，模具的成本攤在單件產(chǎn)品上的比較多，這樣它的單件產(chǎn)品就會比較貴，但如果用3D打印的方式就不存在這個問題，所以單件或者小批量的產(chǎn)品用3D打印它的成本是相對來講低廉的。而像年產(chǎn)幾十萬輛汽車的這種批量，如果用3D打印的方式目前來看成本是不合算的。所以，我們明白了這個就把他應(yīng)用在個性化并且是小而復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，也就是獨(dú)一無二的那種產(chǎn)品上面，不是批量化的產(chǎn)品的上面。
七、總結(jié)
總體而言，3D打印在新開發(fā)件的實(shí)驗(yàn)、試制階段，還是有它獨(dú)特的優(yōu)勢的。而我們芳卓優(yōu)品3D打印服務(wù)中心可以為大家打印出多種材料、各種結(jié)構(gòu)的零部件模型，方便各大車企能進(jìn)行耐久、強(qiáng)度等臺架實(shí)驗(yàn)和環(huán)境實(shí)驗(yàn)等。
對于3D打印未來發(fā)展趨勢，我們芳卓優(yōu)品認(rèn)為個性化定制是3D打印未來最適合的領(lǐng)域，而我們正是主打個性化這一領(lǐng)域。而其發(fā)展中，材料將會呈現(xiàn)多樣化，系列化的特點(diǎn)，從尺寸與溫度上形成系列。
在人工智能盛行且一切皆有可能的今天，我們相信在不久的將來，3D打印在汽車產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用定會越來越廣。