3D打印技術讓未來汽車個性化制造成為可能

日前，市場研究公司Allied  Market  Research發(fā)布了一份汽車行業(yè)3D打印市場報告預測。報告指出，到2022年，全球汽車行業(yè)3D打印市場將達到23.91億美元。在預測期內，歐洲將成為主要市場，其次是亞太和北美。

車企使用3D打印技術主要是基于新車模型和工具的應用。汽車市場競爭日益激烈，車企們紛紛開始尋求新的技術以減少材料的成本和效率的突破，因此，越來越多的車企開始采用3D打印技術來減少研發(fā)和創(chuàng)新成本。IDC在其2017年初發(fā)表的《世界半年度3D打印消費指南》中指出，產生大部分收入的3D打印應用領域集中在工業(yè)級3D打印領域。例如，2016年，汽車設計和快速原型打印貢獻了最重要的收入(超過39億美元)。

3D打印是一種更便于大眾理解的通俗稱謂，在工業(yè)專業(yè)術語中，3D打印被稱為“增材制造技術”——它與傳統(tǒng)“減材制造”相對應。3D打印技術大大降低了制造的復雜度。這種數字化制造模式不需要復雜的工藝、龐大的機床及眾多的人力，即可生成任何形狀的零件，使生產制造得以向更廣的生產人群范圍延伸。

跟傳統(tǒng)技術相比，傳統(tǒng)的機加工制造就適用于大規(guī)模、需要量產的部件，并廣泛應用在幾乎所有領域；目前3D打印適于小批量、造型復雜的非功能性零部件，大多在汽車、航天等領域內用于制造樣件和模具等。從使用材料看，傳統(tǒng)機加工可以使用幾乎任何材料；3D打印技術目前使用的材料多為塑料、光敏樹脂和金屬粉末等材料，受制較多。技術優(yōu)點在于材料利用率超過95%以上，幾乎不產生廢料，且適用于復雜結構體等。

在制造工藝上3D打印技術顯示出自己顛覆性的優(yōu)勢：
形狀復雜性。傳統(tǒng)機械制造是基于削、鉆、銑、磨、鑄和鍛等減材制造基本工藝的組合；而3D打印技術是一體成型技術，主要采用“分層制造、逐層疊加”流程。幾乎任意復雜的形狀，只要在三維設計軟件中設計出來，就能通過3D打印技術制造出來。

層次復雜性。傳統(tǒng)加工技術難以實現的多尺度（宏、介、微觀），而3D打印技術可以實現如原子打印、細胞打印等。

功能復雜性。對于結構復雜的零件，3D打印技術可以實現整體打印成形，避免了將一個復雜零件進行分拆制造后通過焊接成形而帶來的質量增大和潛在的質量缺陷，甚至能夠取消復雜零部件的裝配，用在汽車部件上不但可以減輕重量，同時減少裝配時間及改變部件連接缺陷。

如下圖通用電氣近日成功完成了對其新一代渦輪螺旋槳發(fā)動機（ATP）的測試。這款發(fā)動機僅由12個獨立部件組成（超過1/3是用鈦3D打印的），與原先的855個部件相比大幅減少，因此重量減輕了5%，燃油效率提高了20％，功率提高了10％，同時維護也變得更加簡單。

3D打印直接將虛擬的數字化實體模型轉變?yōu)楫a品，極大地簡化了生產流程，降低了研發(fā)成本，縮短了研發(fā)周期，使得任意復雜結構零件的生產成為可能， 對面向功能的產品設計具有重大的推進作用。

汽車行業(yè)正在面臨深刻變化，比如傳統(tǒng)內燃機汽車正在向純電動、混合動力、氫燃料動力電池汽車等清潔能源汽車方向轉型，與此同時，汽車與智能網聯技術的結合也越來越緊密。隨著汽車“四化”發(fā)展，汽車外觀、內飾、結構等都已發(fā)生變化，且這一過程正在加速。這些變化往往都是創(chuàng)新的、個性化的、小批量的，而這種情況需要用到3D打印技術提供足夠的支撐和幫助。

目前3D打印技術用于汽車主要還是新車模型上，不能量產是因為：
1  3D打印技術受制于材料的性能，目前材料性能還不夠穩(wěn)定，且材料的通用性比較差。
2  成本高，工業(yè)級3D打印機購置成本在數十萬元到上千萬元，應用成本過高是目前3D打印技術應用普及化及產業(yè)發(fā)展的重大瓶頸。
3  部件從設計制作到應用不是一個人能做到，需要汽車部件設計人員，材料研發(fā)人員，3D設計人員等組成團隊共同協作才能完成，而針對汽車的不同部件用到的材料也不盡相同。

3D打印應用在汽車制造中需要先解決關健部件的材料研發(fā)生產，同時降低成本。2017年12月，工信部等11部門印發(fā)《增材制造產業(yè)發(fā)展行動計劃（2017-2020年）》，行動計劃明確提出，到2020年，我國增材制造產業(yè)年銷售收入超過200億元，年均增速在30%以上；要在汽車新品設計、試制階段，利用增材制造技術實現無模設計制造，縮短開發(fā)周期。采用增材制造技術一體化成型，實現復雜、關鍵零部件輕量化；在專用材料、工藝裝備等產業(yè)鏈重要環(huán)節(jié)關鍵核心技術與國際同步發(fā)展，部分領域達到國際先進水平。通過“增材制造與激光制造”國家重點研發(fā)計劃等支持符合條件的增材制造工藝技術、裝備及其關鍵零部件研發(fā)，研究將符合條件的增材制造納入“科技創(chuàng)新2030-重大項目”支持范圍。將符合條件的增材制造裝備納入首臺套重大技術裝備保險補償等政策，加大扶持力度。

隨著新材料的研發(fā)，產業(yè)合作、國家政策扶持、3D打印技術應用在汽車部件的量產上指日可待。但3D打印技術發(fā)展不只是這樣。塑哥記得2015年的時候與汽車行業(yè)專家陳光祖老先生談到3D打印制件時，陳老說：3D打印讓未來汽車個性化制造成為可能。汽車所有的部件都可以個性設計，然后通過3D打印制造出來組裝，因為不是用相同的模具做出來的，所以可以有無限的設計想象空間。

來源：汽車輕量化非金屬材料產業(yè)聯盟
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