3D 打印離汽車制造還有多遠(yuǎn)？工藝變革必須與設(shè)計(jì)變革結(jié)合起來，才有可能創(chuàng)造價(jià)值。

文： 知乎 | 張抗抗，清華大學(xué)汽車工程系本科、博士，南極熊3D打印智庫成員。

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(dá)到了頂峰。而實(shí)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(gè)制造業(yè)的一個(gè)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(lǐng)域廣泛應(yīng)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(yuǎn)呢？

盤點(diǎn) 3D 打印的汽車應(yīng)用
一、快速原型
3D 打印最早的時(shí)候，叫做快速原型(Rapid Prototyping)技術(shù)。原因在于：那時(shí)候它唯一的用途就是做快速原型，也就是設(shè)計(jì)驗(yàn)證、裝配驗(yàn)證、功能驗(yàn)證等。

近年來，3D 打印進(jìn)入汽車行業(yè)，最自然而然的方式就是快速原型。對(duì)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(huì)節(jié)省時(shí)間。對(duì)于車型研發(fā)來說，時(shí)間就是金錢。

3D 打印儀表盤殼體 圖片來源: 武漢薩普

3D 打印 + 后處理 電子電器系統(tǒng)殼體

金屬 3D 打印：可以進(jìn)行功能驗(yàn)證

總體來說，3D 打印以快速原型的角色進(jìn)入汽車行業(yè)，是相對(duì)較為深入的。但是，這些應(yīng)用總體來說是替代性的，而非是革新性的。3D 打印的野心不止于此。

二、個(gè)性化定制
3D 打印可以個(gè)性化定制，為每個(gè)消費(fèi)者提供獨(dú)一無二的汽車。然而，這同時(shí)會(huì)增加額外的成本，消費(fèi)者是否愿意為這部分成本買單呢？

寶馬 Mini Cooper 的一個(gè)成功案例給出了答案：
寶馬 Mini Cooper 的 3D 打印定制 https://www.zhihu.com/video/1042471362841092096

首先通過寶馬 Mini Cooper 的訂購系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)自己喜歡的文字、圖案。

下單之后，會(huì)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(wù)還是挺令人動(dòng)心的。價(jià)格也不貴，才 149 歐元（總共 4 個(gè)部件，3D 打印是其中兩個(gè)）。

相對(duì)于快速原型，寶馬 Mini Cooper 使用 3D 打印創(chuàng)造了新的價(jià)值，更有啟發(fā)性。

三、老爺車 / 事故車改裝與修復(fù)
這個(gè)邏輯很通順，停產(chǎn)的老爺車如果壞了，修理起來是一件麻煩的事情，這時(shí)候就需要 3D 打印。事故的拍賣車，部分零件也很難找，可能就需要 3D 打印派上用場。不同的是，事故拍賣車的修復(fù)，對(duì)成本更敏感——若修復(fù)成本比汽車殘值還高，我何必修復(fù)呢？

這部分應(yīng)用的資料我目前掌握得較少，以后找到了再補(bǔ)上。

四、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(gè)宏大的口號(hào)，然而尚未對(duì)汽車業(yè)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)的影響：說到底，也只是打印一個(gè)外殼而已。


據(jù)說使用了碳纖維 3D 打印，實(shí)際上是纖維增強(qiáng)型塑料打印，具體性能、是否能過汽車法規(guī)，是個(gè)問號(hào)。

Local Motor 3D 打印汽車

中國 XEV 也是要 3D 打印汽車，很明顯在商業(yè)模式上要比 Local Motors 想得更清楚一些，而且在設(shè)計(jì)上更能發(fā)揮出 3D 打印的優(yōu)勢。當(dāng)然，要想落實(shí)到應(yīng)用，這仍然不是一件容易的事情。

詳細(xì)見這篇文章 ：https://zhuanlan.zhihu.com/p/34481531

XEV 的 3D 打印汽車

突破汽車核心應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)？
如果你是一名汽車工程師，在看到上述 4 方面的 3D 打印應(yīng)用之后，我猜你可能已經(jīng)不耐煩了。其實(shí)，我也是汽車工程師，我都不耐煩了：無論是快速原型、個(gè)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(yīng)用��！

能不能講重點(diǎn)呢？
如果要突破汽車的兩個(gè)核心應(yīng)用，逃不過兩個(gè)關(guān)鍵詞：量產(chǎn)與輕量化。

第一點(diǎn)很好理解，如果汽車的上千個(gè)零件中，沒有任何一個(gè)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(gè)不太小的零件使用了 3D 打印來制造，這一個(gè)零件的產(chǎn)值可能就超過了目前 3D 打印整個(gè)行業(yè)。

然而，想找到這個(gè)量產(chǎn)應(yīng)用的點(diǎn)，何其困難？
3D 打印成本高，而汽車行業(yè)對(duì)成本極其敏感。 為何 3D 打印率先在飛機(jī)制造上率先使用？就在一汽車制造對(duì)成本不太敏感。
3D 打印速度慢，而汽車行業(yè)對(duì)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(jī)。
除非，3D 打印能創(chuàng)造獨(dú)特的價(jià)值。

有人逐個(gè)考查過上的汽車每個(gè)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(gè)結(jié)論是對(duì)的，但有一個(gè)誤區(qū)。那就是，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與工藝結(jié)合起來！

為了方便理解，在此舉個(gè)例子：

波動(dòng)頓動(dòng)力機(jī)器人后空翻 https://www.zhihu.com/video/1042482885630078976

大家還記得這個(gè)靈活的機(jī)器人嗎？ 這是由 Boston Dynamics 開發(fā)的�？梢岳斫獾氖�，要實(shí)現(xiàn)這樣的壯舉，不僅需要牛逼的控制算法，機(jī)器人本身的輕量化也非常重要。

那些輕功不錯(cuò)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(huì)比沖壓、鑄造出來的密度更低，要想實(shí)現(xiàn)輕量化，必須在設(shè)計(jì)上下功夫。

讓我們看看 3D 打印讓機(jī)器人的腿，獲得了什么樣的進(jìn)化：

拓?fù)鋬?yōu)化與晶格結(jié)構(gòu): 右腿的“骨骼”有一個(gè)明顯的中空部分，這就是通過拓?fù)鋬?yōu)化來實(shí)現(xiàn)輕量化；“骨骼”部分采用晶格結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)輕量化。這些工作，用鑄造或機(jī)加工，都很難實(shí)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(jī)器腿部的進(jìn)化，我們可以看出：工藝變革必須與設(shè)計(jì)變革結(jié)合起來，才有可能創(chuàng)造價(jià)值。

回到汽車行業(yè)，燃油汽車的輕量化可以減少油耗與污染，而電動(dòng)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(yīng)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(jìn)一步提升之外，設(shè)計(jì)人才、設(shè)計(jì)軟件的進(jìn)化也刻不容緩。

設(shè)計(jì)軟件：傳統(tǒng)的 CAD 軟件，大多是針對(duì)傳統(tǒng)制造方式設(shè)計(jì)的，像拓?fù)鋬?yōu)化、晶格結(jié)構(gòu)這種功能還比較難用，或根本沒用。
設(shè)計(jì)人才：幾十年以來，無論是工業(yè)設(shè)計(jì)還是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，都是依據(jù)傳統(tǒng)工藝發(fā)展出的設(shè)計(jì)理念。在傳統(tǒng)理念中，3D 打印的拓?fù)浣Y(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(shè)計(jì)出來有什么意義呢？

所以說，這不僅僅是 3D 打印一個(gè)行業(yè)的事業(yè)，而是需要多個(gè)領(lǐng)域跨界融合，才能推動(dòng)得快一些。

文： 知乎 | 張抗抗，清華大學(xué)汽車工程系本科、博士，南極熊3D打印智庫成員。

嚴(yán)重同意，非常有道理！