3D打印離汽車制造還有多遠？

在媒體的推波助瀾下，3D打印以高科技產(chǎn)業(yè)的形象出現(xiàn)在公眾面前，在2013年后的媒介影響力達到了頂峰。而實際上，3D打印在本質(zhì)上仍是制造技術(shù)的一種。近幾年發(fā)展速度很快，但產(chǎn)業(yè)規(guī)模仍然不到整個制造業(yè)的一個零頭。汽車制造，在制造業(yè)中可謂是規(guī)模最大、綜合要求最高。若3D打印有朝一日在汽車領域廣泛應用，那我們就可以說3D打印真的站穩(wěn)腳跟了。那么，3D打印離汽車制造還有多遠呢?

第一 盤點國內(nèi)汽車對3D打印的應用現(xiàn)狀
一、快速原型
3D打印最早的時候，叫做快速原型(Rapid Prototyping)技術(shù)。原因在于：那時候它唯一的用途就是做快速原型，也就是設計驗證、裝配驗證、功能驗證等。

近年來，3D打印進入汽車行業(yè)，沿襲了它唯一的用途就是快速原型。對汽車企業(yè)來說，用3D打印做快速原型，不一定更便宜，但一定會節(jié)省時間。對于車型研發(fā)來說，時間就是金錢。

總體來說，3D打印以快速原型的角色進入汽車行業(yè)，是相對較為深入的。但是，這些應用對車企來說是替代性的，而非是革新性的。汽車行業(yè)對3D打印技術(shù)的展望或者說3D打印企業(yè)的野心遠遠不止于此。

3D打印汽車儀表盤（圖源：華曙高科）

二、個性化定制
3D打印可以個性化定制，為每個消費者提供獨一無二的汽車。然而，這同時會增加額外的成本，消費者是否愿意為這部分成本買單呢?

寶馬Mini Cooper的一個成功案例給出了答案：

寶馬Mini Cooper的3D打印定制

首先通過寶馬Mini Cooper的訂購系統(tǒng)，可以設計自己喜歡的文字、圖案。下單之后，會收到制作好的零件。不需要專門的技師，自己就可以安裝。不得不說，把自己喜歡的名字、圖片刻在自己的愛車上，這種“官方改裝”服務還是挺令人動心的。價格也不貴，才149歐元(總共4個部件，3D打印是其中兩個)。

相對于研發(fā)階段快速原型，寶馬Mini Cooper使用3D打印創(chuàng)造新的邏輯更加偏向于C端，對車企如何使用3D打印進行創(chuàng)新更有啟發(fā)性。

三、直接打印汽車?
美國的Local Motors公司宣稱，直接3D打印汽車。這是一個宏大的口號，然而尚未對汽車業(yè)產(chǎn)生實質(zhì)的影響：
●說到底，也只是打印一個外殼而已。
●據(jù)說使用了碳纖維3D打印，實際上是纖維增強型塑料打印，具體性能、是否能過汽車法規(guī)，是個問號。

突破汽車核心應用的關(guān)鍵點?
如果你是一名汽車工程師，在看到上述4方面的3D打印應用之后，我猜你可能已經(jīng)不耐煩了。無論是快速原型、個性定制、修理改裝、外殼打印，這不過都是邊邊角角、錦上添花、可有可無的應用啊!

能不能講重點呢?
如果要突破汽車的兩個核心應用，逃不過兩個關(guān)鍵詞：量產(chǎn)與輕量化。

第一點很好理解，如果汽車的上千個零件中，沒有任何一個是3D打印的，那怎么好意思說3D打印突破了汽車行業(yè)呢?反過來，如果有任何一個零件是使用3D打印制造出來的，那這一個零件的產(chǎn)值可能就超過了目前3D打印整個行業(yè)。

然而，想找到這個量產(chǎn)應用的點，何其困難?
●3D打印成本高，而汽車行業(yè)對成本極其敏感。 為何3D打印率先在飛機制造上率先使用?就在于航空制造對成本不太敏感。
●3D打印速度慢，而汽車行業(yè)對產(chǎn)能要求高。 中國每年要制造3000萬輛汽車，而空客每年才制造不到1000架飛機。

除非，3D打印能創(chuàng)造獨特的價值。有人逐個考查過汽車上的每個零件，得到的結(jié)論是：目前車上的所有零件，3D打印都比不過傳統(tǒng)制造工藝。這個結(jié)論是對的，但有一個誤區(qū)。那就是，設計與工藝是密不可分的，車上所有的零件都是依據(jù)傳統(tǒng)制造工藝設計的，3D打印能比得過那就奇了怪了!

如果想找到3D打印有優(yōu)勢的零件，必須要把設計與工藝結(jié)合起來!

為了方便理解，在此舉個例子：
大家還記得這個靈活的機器人嗎? 這是由Boston Dynamics開發(fā)的�？梢岳斫獾氖�，要實現(xiàn)這樣的壯舉，不僅需要牛逼的控制算法，機器人本身的輕量化也非常重要。

那些輕功不錯的武俠人士，一般都不是胖子，不是嗎?

波士頓副總裁亞倫桑德斯指出，輕量化的秘密，就在于3D打印。3D打印出的鋼、鋁，并不會比沖壓、鑄造出來的密度更低，要想實現(xiàn)輕量化，必須在設計上下功夫。

讓我們看看3D打印讓機器人的腿，獲得了什么樣的進化：

●拓撲優(yōu)化與晶格結(jié)構(gòu): 右腿的“骨骼”有一個明顯的中空部分，這就是通過拓撲優(yōu)化來實現(xiàn)輕量化;“骨骼”部分采用晶格結(jié)構(gòu)，可以進一步實現(xiàn)輕量化。這些工作，用鑄造或機加工，都很難實現(xiàn)。

●內(nèi)部流道：左腿的液壓管是暴露在外部的，而右腿中，則直接集成到了“骨骼”內(nèi)部，不僅更加可靠，還節(jié)省了固定液壓管的重量與體積

從波士頓機器腿部的進化，我們可以看出：工藝變革必須與設計變革結(jié)合起來，才有可能創(chuàng)造價值�；氐狡�車行業(yè)，燃油汽車的輕量化可以減少油耗與污染，而電動汽車的輕量化更為重要——可以緩解續(xù)航問題。

盡管存在潛在的需求，但將3D打印應用到汽車行業(yè)還是困難重重。除了3D打印技術(shù)本身需要在成本、速度上進一步提升之外，設計人才、設計軟件的進化也刻不容緩。

●設計軟件：傳統(tǒng)的CAD軟件，大多是針對傳統(tǒng)制造方式設計的，像拓撲優(yōu)化、晶格結(jié)構(gòu)這種功能還比較難用，或根本沒用。

●設計人才：幾十年以來，無論是工業(yè)設計還是結(jié)構(gòu)設計，都是依據(jù)傳統(tǒng)工藝發(fā)展出的設計理念。在傳統(tǒng)理念中，3D打印的拓撲結(jié)構(gòu)與晶格結(jié)構(gòu)無異于“大逆不道”—— 根本加工不出來的結(jié)構(gòu)，設計出來有什么意義呢?

所以說，這不僅僅是3D打印一個行業(yè)的事業(yè)，而是需要多個領域跨界融合，才能推動得快一些。這一點巨頭造車企業(yè)是把這點玩的行云流水一般，我們簡單距兩個例子。

1.帝斯曼與豐田汽車公司的全資子公司豐田汽車運動公司(以下簡稱“TMG”)簽署了“同一個帝斯曼”技術(shù)合作框架協(xié)議。該協(xié)議涉及帝斯曼所有為汽車行業(yè)提供材料和技術(shù)的業(yè)務部門，包括工程塑料、迪尼瑪(超高分子量聚乙烯纖維) 和3D 打印技術(shù)包括Somos®光固化3D打印技術(shù)和其他技術(shù)例如FFF等。

TMG是一家高性能汽車開發(fā)、測試和制造公司，提供廣泛的技術(shù)服務，活躍于多個賽車領域。其專業(yè)領域之一就是采用增材制造方式(通常稱作 3D 打印)制造產(chǎn)品，應用于賽車和外部客戶的產(chǎn)品。

2. 大眾表示，其與惠普(HP)、吉凱恩粉末冶金(GKN Powder Metallurgy)合作開發(fā)的3D打印技術(shù)，根據(jù)不同零件樣式，最快可以達到50倍于其它3D打印方式的速度。

第一個例子很明顯就是車企為了解決3D打印材料的瓶頸問題，而豐田在很早就已經(jīng)在TMG這方面進行了3D打印的技術(shù)儲備。而第二個例子更加典型，車企+設備+材料，車企是非常善于通過各種方式整合產(chǎn)業(yè)資源從而達到某項技術(shù)在汽車應用中的高效化。而國內(nèi)車企絕大部分目前僅僅把3D打印設備當做一個輔助或者替代設備，并沒有深入了解。而設備商也因為3D打印設備涉及行業(yè)眾多，應用需求高低差距較大導致3D打印設備商數(shù)量眾多，質(zhì)量也相應的有高有低。有些設備商也只是單純的賣設備。而不知高科技集成的產(chǎn)品硬件的好壞只是一小部分，甚至于不是最重要的。為什么?我們參考蘋果硬件就知道了，高科技產(chǎn)品核心價值一直是軟件與方案。誰可以抓住這點誰就可以拿下汽車制造這個龐大市場。制造!制造!制造!重要的事情說三遍!

在2016年參加了商飛關(guān)于3D打印閉門會議，商飛的總經(jīng)理賀東風，辛旭東等高層都參加了這個會議。當時邀請了許多3D打印設備商做演講，其中Concept Laser的演講內(nèi)容讓我記憶猶新，不是演講人講的多精彩而是他的PPT詳細的介紹了如何試用他們的設備建立一個全新的制造廠，從設備的布局，零部件的打印順序，打印材料的補充等等。我認為這才是制造企業(yè)關(guān)注以及購買3D打印設備真正的原因。也正因為3D設備上對他的應用行業(yè)有充分的了解才能有這樣的方案。

因此“ACR 2018 汽車3D打印技術(shù)在汽車行業(yè)應用論壇”應運而生，希望可以給汽車制造-設備商-材料商搭建一個面對面相互交流分享自身技術(shù)的平臺，本次活動我們將有眾多車企以及零部件企業(yè)出席參加聆聽3D打印設備商就汽車行業(yè)進行方案分享。

來源：ACR  
部分內(nèi)容由自知乎大神張抗抗提供