3D打印技術(shù)讓未來(lái)汽車(chē)個(gè)性化制造成為新趨勢(shì)

日前，市場(chǎng)研究公司AlliedMarketResearch發(fā)布了一份汽車(chē)行業(yè)3D打印市場(chǎng)報(bào)告預(yù)測(cè)。報(bào)告指出，到2022年，全球汽車(chē)行業(yè)3D打印市場(chǎng)將達(dá)到23.91億美元。在預(yù)測(cè)期內(nèi)，歐洲將成為主要市場(chǎng)，其次是亞太和北美。

車(chē)企使用3D打印技術(shù)主要是基于新車(chē)模型和工具的應(yīng)用。汽車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，車(chē)企們紛紛開(kāi)始尋求新的技術(shù)以減少材料的成本和效率的突破，因此，越來(lái)越多的車(chē)企開(kāi)始采用3D打印技術(shù)來(lái)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(fèi)指南》中指出，產(chǎn)生大部分收入的3D打印應(yīng)用領(lǐng)域集中在工業(yè)級(jí)3D打印領(lǐng)域。例如，2016年，汽車(chē)設(shè)計(jì)和快速原型打印貢獻(xiàn)了最重要的收入(超過(guò)39億美元)。

3D打印是一種更便于大眾理解的通俗稱(chēng)謂，在工業(yè)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)中，3D打印被稱(chēng)為“增材制造技術(shù)”——它與傳統(tǒng)“減材制造”相對(duì)應(yīng)。3D打印技術(shù)大大降低了制造的復(fù)雜度。這種數(shù)字化制造模式不需要復(fù)雜的工藝、龐大的機(jī)床及眾多的人力，即可生成任何形狀的零件，使生產(chǎn)制造得以向更廣的生產(chǎn)人群范圍延伸。

跟傳統(tǒng)技術(shù)相比，傳統(tǒng)的機(jī)加工制造就適用于大規(guī)模、需要量產(chǎn)的部件，并廣泛應(yīng)用在幾乎所有領(lǐng)域;目前3D打印適于小批量、造型復(fù)雜的非功能性零部件，大多在汽車(chē)、航天等領(lǐng)域內(nèi)用于制造樣件和模具等。從使用材料看，傳統(tǒng)機(jī)加工可以使用幾乎任何材料;3D打印技術(shù)目前使用的材料多為塑料、光敏樹(shù)脂、尼龍和金屬粉末等材料，受制較多。技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于材料利用率超過(guò)95%以上，幾乎不產(chǎn)生廢料，且適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)體等。

在制造工藝上3D打印技術(shù)顯示出自己顛覆性的優(yōu)勢(shì)：

形狀復(fù)雜性。傳統(tǒng)機(jī)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(shù)是一體成型技術(shù)，主要采用“分層制造、逐層疊加”流程。幾乎任意復(fù)雜的形狀，只要在三維設(shè)計(jì)軟件中設(shè)計(jì)出來(lái)，就能通過(guò)3D打印技術(shù)制造出來(lái)。

層次復(fù)雜性。傳統(tǒng)加工技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的多尺度(宏、介、微觀)，而3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)如原子打印、細(xì)胞打印等。

功能復(fù)雜性。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)整體打印成形，避免了將一個(gè)復(fù)雜零件進(jìn)行分拆制造后通過(guò)焊接成形而帶來(lái)的質(zhì)量增大和潛在的質(zhì)量缺陷，甚至能夠取消復(fù)雜零部件的裝配，用在汽車(chē)部件上不但可以減輕重量，同時(shí)減少裝配時(shí)間及改變部件連接缺陷。

縱觀當(dāng)今的汽車(chē)行業(yè)因?yàn)槭苤朴谄鋫鹘y(tǒng)制造技術(shù)，從最初設(shè)計(jì)到投入生產(chǎn)的完整汽車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程通常需要大約38個(gè)月和數(shù)億元的投入，而其中僅用于模具開(kāi)發(fā)和制造的時(shí)間就占到16個(gè)月，費(fèi)用更是億元級(jí)別。并且由于開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，傳統(tǒng)汽車(chē)制造商很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)38個(gè)月后產(chǎn)品發(fā)布時(shí)用戶(hù)的行為，難以做到精確地映射產(chǎn)品。而傳統(tǒng)汽車(chē)制造商受到帕累托原則的影響 - 即20%甚至更少的產(chǎn)品創(chuàng)造了80%以上的利潤(rùn)，對(duì)于像福特或通用這樣的大型制造商來(lái)說(shuō)，由于目前的生產(chǎn)方法所制造的產(chǎn)品容錯(cuò)能力幾乎為零，因此其他80%的不成功產(chǎn)品純粹是制造商的損失。

XEV”的電動(dòng)車(chē)公司對(duì)外宣稱(chēng)其推出量產(chǎn)級(jí)3D打印汽車(chē)LSEV，并且這款新能源造車(chē)企業(yè)在還沒(méi)有量產(chǎn)前就能獲得大批量采購(gòu)訂單，并且數(shù)量還是7000輛之多。LSEV定位為城市多用途小型雙座智能汽車(chē)，全部飾件為3D打印的非結(jié)構(gòu)件。3D打印制造技術(shù)擁有無(wú)與倫比的靈活性，極為適合車(chē)輛不同設(shè)計(jì)風(fēng)格與功能的個(gè)性化定制。

XEV電動(dòng)車(chē)公司從誕生之初，就致力于把3D打印技術(shù)運(yùn)用在量產(chǎn)汽車(chē)上，由于3D技術(shù)生產(chǎn)屬于增材制造，不再使用模夾具，3D打印汽車(chē)的部件總數(shù)相比傳統(tǒng)汽車(chē)會(huì)減少90%。

XEV在3D打印制造過(guò)程中，能夠一次性制造出部件的內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)，而且沒(méi)有額外成本，這是傳統(tǒng)鑄造沖壓以及注塑制造方式無(wú)法完成的，這使得XEV制造出來(lái)的部件在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上是普通金屬材料的3-4倍，是注塑材料的10倍左右。

3D打印直接將虛擬的數(shù)字化實(shí)體模型轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品，極大地簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程，降低了研發(fā)成本，縮短了研發(fā)周期，使得任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的生產(chǎn)成為可能，對(duì)面向功能的產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有重大的推進(jìn)作用。

汽車(chē)行業(yè)正在面臨深刻變化，比如傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)正在向純電動(dòng)、混合動(dòng)力、氫燃料動(dòng)力電池汽車(chē)等清潔能源汽車(chē)方向轉(zhuǎn)型，與此同時(shí)，汽車(chē)與智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的結(jié)合也越來(lái)越緊密。隨著汽車(chē)“四化”發(fā)展，汽車(chē)外觀、內(nèi)飾、結(jié)構(gòu)等都已發(fā)生變化，且這一過(guò)程正在加速。這些變化往往都是創(chuàng)新的、個(gè)性化的、小批量的，而這種情況需要用到3D打印技術(shù)提供足夠的支撐和幫助。

目前3D打印技術(shù)大部分用于汽車(chē)主要還是新車(chē)研發(fā)測(cè)試模型或裝飾上，主要還是因?yàn)椋?br />
1.3D打印技術(shù)受制于材料的性能，目前材料種類(lèi)有待完善。


2.成本高，工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)購(gòu)置成本在數(shù)十萬(wàn)元到上百萬(wàn)元，應(yīng)用成本過(guò)高是目前3D打印技術(shù)應(yīng)用普及化及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大瓶頸。


3.部件從設(shè)計(jì)制作到應(yīng)用不是一個(gè)人能做到，需要汽車(chē)部件設(shè)計(jì)人員，材料研發(fā)人員，3D設(shè)計(jì)人員等組成團(tuán)隊(duì)共同協(xié)作才能完成，而針對(duì)汽車(chē)的不同部件用到的材料也不盡相同。

3D打印應(yīng)用在汽車(chē)制造中需要先解決關(guān)健部件的材料研發(fā)生產(chǎn)，同時(shí)降低成本。2017年12月，工信部等12部門(mén)印發(fā)《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2017-2020年)》，行動(dòng)計(jì)劃明確提出，到2020年，我國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)年銷(xiāo)售收入超過(guò)200億元，年均增速在30%以上;要在汽車(chē)新品設(shè)計(jì)、試制階段，利用增材制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)模設(shè)計(jì)制造，縮短開(kāi)發(fā)周期。采用增材制造技術(shù)一體化成型，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、關(guān)鍵零部件輕量化;在專(zhuān)用材料、工藝裝備等產(chǎn)業(yè)鏈重要環(huán)節(jié)關(guān)鍵核心技術(shù)與國(guó)際同步發(fā)展，部分領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。通過(guò)“增材制造與激光制造”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等支持符合條件的增材制造工藝技術(shù)、裝備及其關(guān)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(xiàng)目”支持范圍。將符合條件的增材制造裝備納入首臺(tái)套重大技術(shù)裝備保險(xiǎn)補(bǔ)償?shù)日�策，加大扶持力度�?br />
隨著新材料的研發(fā)，產(chǎn)業(yè)合作、國(guó)家政策扶持、3D打印技術(shù)應(yīng)用在汽車(chē)部件的量產(chǎn)上指日可待。但3D打印技術(shù)發(fā)展不只是這樣。2015年，汽車(chē)行業(yè)專(zhuān)家陳光祖老先生談到3D打印制件時(shí)，陳老說(shuō)：3D打印讓未來(lái)汽車(chē)個(gè)性化制造成為可能。汽車(chē)所有的部件都可以個(gè)性設(shè)計(jì)，然后通過(guò)3D打印制造出來(lái)組裝，因?yàn)椴皇怯孟嗤�的模具做出�?lái)的，所以可以有無(wú)限的設(shè)計(jì)想象空間。

來(lái)源：汽車(chē)輕量化非金屬材料產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟