汽車制造中的3D打�。盒腔鹆窃�進(jìn)行時(shí)

“世界范圍內(nèi)快速成型技術(shù)在汽車上的應(yīng)用份額占到了31.7%”，一份來自Industry Week的報(bào)告顯示——也就是說全世界近三分之一的3D打印技術(shù)用在了汽車制造領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年僅在中國汽車消費(fèi)就達(dá)到1970萬輛，這個(gè)萬億級(jí)的龐大市場3D打印占到的份額僅為3.7億美元。盡管如此，3D打印仍在以星星之火的態(tài)勢迅速在汽車領(lǐng)域蔓延，據(jù)SmarTech預(yù)測，到2023年這個(gè)市場有望達(dá)到22.7億美元，折合為人民幣則將近150億。

誰在用？用在哪里？

3D打印技術(shù)面臨最大的難題便是“看得見卻摸不著”的應(yīng)用市場的開拓，然而在上個(gè)世3D打印一經(jīng)面世就很快在汽車制造領(lǐng)域找到了適合生存的土壤，并深深地扎根于此。
福特汽車上世紀(jì)80年代就已經(jīng)購買了3D打印機(jī)，并逐漸建立了3D打印技術(shù)實(shí)驗(yàn)室和五大3D打印原型制造中心，共有14臺(tái)不同的工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)，每年制作的零件高達(dá)2萬件。寶馬自1991年起就將“增材制造”科技應(yīng)用于概念車、原型車的制作。蘭博基尼在早期是通過外包的形式在產(chǎn)品開發(fā)制造中應(yīng)用3D打印技術(shù)。另外，上海大眾高級(jí)經(jīng)理沈衛(wèi)東也告訴《3D打印世界》，“大眾汽車從2003年就開始使用3D打印技術(shù)了。”

到今天，除了福特、寶馬、蘭博基尼、大眾之外，像通用、保時(shí)捷、本田、克萊斯勒、奔馳、奧迪等，幾乎所有的整車廠都在采用快速成型設(shè)備來滿足汽車不同階段的研發(fā)需求。

“我們主要將3D打印應(yīng)用于汽車新產(chǎn)品研發(fā)過程中，”沈衛(wèi)東說，“其中設(shè)計(jì)階段應(yīng)用得最多，設(shè)計(jì)部門將一個(gè)零件在電腦上設(shè)計(jì)出來以后，我們就可以利用3D打印非�？焖俚刂圃斐鰧�(shí)體，然后對(duì)它做一個(gè)快速的評(píng)價(jià)，也有可能會(huì)裝到實(shí)車上面測試一下它的性能，如果設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和裝車性能都滿足要求的話，我們就會(huì)凍結(jié)這個(gè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，然后再進(jìn)行批量生產(chǎn)�！�
從內(nèi)飾到輪胎、空氣管道、蓋子、氣動(dòng)模型、缸體、缸蓋、燃油系統(tǒng)、殼體等設(shè)計(jì)及功能驗(yàn)證3D打印都可以大展拳腳，因?yàn)樗鼰o需開發(fā)模具便能非�？焖俚貙⒃�型打印出來，開發(fā)人員能通過3D打印件靜態(tài)分析和實(shí)車安裝發(fā)現(xiàn)問題，再和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師技術(shù)溝通，優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高零件的強(qiáng)度和可制造性，簡化零件結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證技術(shù)結(jié)構(gòu)可行性，提高產(chǎn)品成熟度。

  隆源-CVT變速箱

三帝打印科技有限公司CEO宗貴升向《3D打印世界》介紹道：“我們?cè)谄�車研發(fā)初期幫助汽車制造廠設(shè)計(jì)新的發(fā)動(dòng)機(jī)，或者改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)功能，只要一個(gè)星期時(shí)間，不需開模就可以將樣品做出來�！比�帝旗下的北京隆源自動(dòng)成型系統(tǒng)有限公司早在2001年便開始為汽車企業(yè)提供缸體、缸蓋、進(jìn)氣管、變速箱殼體的RP服務(wù)。

除了設(shè)計(jì)驗(yàn)證之外，沈衛(wèi)東介紹，用的比較普遍的是造型模型方面，“汽車造型有很多3D打印的模型，出來的效果幾乎跟真車差不多，這樣我們可以對(duì)車的造型做出有效評(píng)價(jià)，這對(duì)傳統(tǒng)造型模型來說進(jìn)步很大�！逼浯危�3D打印還可以在一些輔助檢具和夾具中使用。

隆源-發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋

然而，除了在研發(fā)的實(shí)驗(yàn)室階段，近年來3D打印也逐步發(fā)展到功能零部件的打印，但僅限于賽車這種小批量且對(duì)個(gè)性化要求極高的車種。像寶馬就為BMW Z4 GT3的一款DTM賽車3D打印了一個(gè)整體成型的輕金屬水泵轉(zhuǎn)子，以替代以前使用的塑料材質(zhì)的部件。據(jù)行業(yè)內(nèi)人士介紹，F(xiàn)1賽車的進(jìn)氣歧管為復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)，材料為鎳合金材料，采用傳統(tǒng)加工工藝難以完成，采用SLM技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)該零件的完全自動(dòng)化一次整體成型，包含熱處理和精加工，只需一周時(shí)間即可，功能齊全，適合高溫高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

從總體來講，3D打印在造型評(píng)審、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件、多材料復(fù)合零件、輕量化結(jié)構(gòu)零件、定制專用工裝、售后個(gè)性換裝件等汽車方面的應(yīng)用逐漸占到了主導(dǎo)的地位。

3D打印的優(yōu)勢和應(yīng)用障礙

“越復(fù)雜的產(chǎn)品使用3D打印來做就越具有優(yōu)勢，像發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體、缸蓋內(nèi)的東西，使用傳統(tǒng)工藝可能需要花三、四個(gè)月時(shí)間來做模具，但使用我們的無木模鑄型制造技術(shù)兩個(gè)星期就可以直接出具一件產(chǎn)品，原來的費(fèi)用都是幾十、上百萬，用我們的技術(shù)就要降低很多了�！狈鹕椒迦A卓立的常務(wù)副總經(jīng)理、高級(jí)工程師金楓一句話概括了3D打印相較于傳統(tǒng)手段的優(yōu)勢——適用于復(fù)雜成形、周期短、成本低。這也是3D打印引得這些汽車廠商趨之若鶩的原因。

現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)的趨勢是從大規(guī)模批量化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)樾∨�量和個(gè)性化生產(chǎn)，產(chǎn)品的生命周期和投放市場的時(shí)間越來越短，在十年前開發(fā)一種新車型需要兩年以上的時(shí)間，而現(xiàn)在一個(gè)汽車制造商每年就要推出幾種新車型，開發(fā)一種新車型用不到一年的時(shí)間，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國2014年上市的新車型就多達(dá)328種。市場競爭如此嚴(yán)酷，只有盡可能縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造周期才有可能在競爭中勝出，3D打印正是這樣一種先進(jìn)的制造手段，它突破了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)限制，極大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，同時(shí)大大降低研發(fā)成本，并且同步開發(fā)，提升了新產(chǎn)品的可靠性。

雖然這些優(yōu)勢使得3D打印在汽車研發(fā)階段如魚得水，但業(yè)內(nèi)人士一致認(rèn)為它在大批量生產(chǎn)方面還無法與傳統(tǒng)的沖壓、鍛造、鑄造等工藝比肩，這也使得3D打印在大規(guī)模、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)的工業(yè)環(huán)境下短時(shí)間內(nèi)無法順利走出實(shí)驗(yàn)室。

“3D打印直接制造功能性零部件的局限性還是蠻大的，大眾在批量生產(chǎn)方面并沒有用到3D打印，”沈衛(wèi)東表示，“因?yàn)榕�量生產(chǎn)的車有很多法規(guī)方面的要求，其次3D打印的材料性能還沒能達(dá)到批量生產(chǎn)的材料要求，這是它的一個(gè)缺陷�！�

宗貴升也持相同的觀點(diǎn)，他指出常規(guī)的大批量生產(chǎn)現(xiàn)在用3D打印還是不現(xiàn)實(shí)的，大批量的高成本、大尺寸、高性能零部件的直接制造關(guān)鍵核心技術(shù)3D打印還沒有突破。另外他還提出一個(gè)有趣的觀點(diǎn)，“3D打印最主要的障礙還是缺少一批懂得3D打印設(shè)計(jì)理念的人，設(shè)計(jì)師還是傳統(tǒng)的理念，就像你拿著Ipad去挖土卻怪它不如鐵鍬�！�
除此之外，3D打印出來的零件表面質(zhì)量也存在缺陷，需要后期的拋光、染色、電鍍、噴漆等后處理，而且整個(gè)3D打印的產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成，這些都會(huì)制約3D打印的順利發(fā)展。

盡管如此，業(yè)內(nèi)人士對(duì)3D打印的下一步應(yīng)用還是有著明確的認(rèn)識(shí)，“3D打印是整個(gè)汽車制造里面一個(gè)非常有效的輔助工具，以后在汽車研發(fā)中會(huì)越來越多地應(yīng)用到3D打印，其次，在批量化方面肯定也會(huì)尋找到一些突破口，或者與傳統(tǒng)制造相結(jié)合形成更合適的價(jià)格優(yōu)勢�！鄙蛐l(wèi)東認(rèn)為。

作為一家3D打印服務(wù)企業(yè)的領(lǐng)頭人，宗貴升看到的道路更明晰，他認(rèn)為3D打印一定要往一體化和輕量化設(shè)計(jì)方面去做，首先突破汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、車輪等高性能零部件直接成型，并打破汽車整車設(shè)計(jì)與制造的理念。

如何看待整車3D打�。�

“3D打印汽車”無疑在將3D打印推向神壇的路上加了一把猛火。2013年，號(hào)稱世界上第一輛3D打印汽車Urbee2問世，吸引了全世界的目光，去年Local Motors在美國一次制造展會(huì)上當(dāng)著觀眾的面又一次使用3D打印技術(shù)打造了一輛汽車“Strati”，今年七月份美國舊金山的Divergent Microfactories(DM)公司也興致勃勃地推出據(jù)說是世界上首款3D打印超級(jí)跑車“刀鋒(Blade)”。另外，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的也用3D打印技術(shù)打造了一輛外形模仿經(jīng)典跑車謝爾比眼鏡蛇（Shelby Cobra）的跑車，還得到了美國總統(tǒng)奧巴馬的大力贊賞。甚至，在國內(nèi)3月份的時(shí)候也有人“3D打印”一輛概念汽車。并且，制造方親自示范這些車確實(shí)可以上路行駛。

然而，業(yè)內(nèi)多位專家則表示所謂“3D打印汽車”不過爾爾，那么“3D打印汽車”到底是借勢宣傳的噱頭還是改變現(xiàn)有汽車產(chǎn)業(yè)鏈的機(jī)遇？
金楓向《3D打印世界》表示，“整車打印現(xiàn)階段是不可能的，汽車包含的東西太多了，塑料3D打印技術(shù)可以打印一些操作面板，金屬3D打印技術(shù)也可以做一些發(fā)動(dòng)機(jī)的零件，但還是要經(jīng)過加工以及后面的裝配”，另外，汽車?yán)锩孢�包括線路、電路板、傳感器，這些是3D打印做不出來的，“我們可以做汽車?yán)锩娴囊恍┝慵�，但整個(gè)打印出來肯定是不可能的”，金楓一再否定了“目前”整車打印的可能性。

據(jù)《3D打印世界》了解，像Strati僅僅只是底盤、儀表板、座椅和車身等外部零部件由3D打印而成，而其他關(guān)鍵性的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、懸架、電池、輪胎、車輪、線路、電動(dòng)馬達(dá)和擋風(fēng)玻璃是使用常規(guī)的制造方法，然后再組裝在一起。

沈衛(wèi)東認(rèn)為這種“3D打印汽車”更多的是在秀一種技術(shù)，通過這樣的一個(gè)“概念”來引領(lǐng)一種潮流，而且他非常堅(jiān)定地認(rèn)為3D打印技術(shù)只是汽車整型制造里面的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，不可能替代全部的傳統(tǒng)技術(shù)。

盡管如此，3DInside Priting全球巡展策展商、珠海再生時(shí)代董事總經(jīng)理李廣連等行業(yè)人士認(rèn)為，像Urbee2、Strati這樣有許多3D打印元素參與的汽車的出現(xiàn)還是有其特定的意義，它恰好向人們提供了一種汽車制造的新范式——一體化與輕量化的設(shè)計(jì)是完全可以實(shí)現(xiàn)的，它將原本需要在生產(chǎn)線上組裝上千個(gè)零件集成為幾十個(gè)，而且使用碳纖維或者其他的復(fù)合材料，汽車重量大大下降。

而且更加重要的意義在于，因?yàn)?D打印的參與，原有的汽車產(chǎn)業(yè)鏈也有機(jī)會(huì)得到改變：原本汽車生產(chǎn)是由全球各地生產(chǎn)零件，再集中到一個(gè)地方進(jìn)行組裝成型，最后再銷往全球。而“3D打印汽車”的出現(xiàn)把設(shè)計(jì)、采購、制造、銷售、回收各個(gè)環(huán)節(jié)都集中在一個(gè)地區(qū)，打破全球供應(yīng)鏈。正如Local Motors的CEO Justin Fishkin講的，他將在全球建立100個(gè)微工廠，并將提供一個(gè)平臺(tái)，設(shè)計(jì)師可以將自己的設(shè)計(jì)傳上去，消費(fèi)者在平臺(tái)上挑選自己喜歡的車型，點(diǎn)擊進(jìn)購物車，幾天后汽車就會(huì)自動(dòng)送上門。也許這聽起來像天方夜譚，但不也正符合了《中國制造2015》規(guī)劃中所提倡的“互聯(lián)網(wǎng)+”的模式嗎？

本文來自《3D打印世界》10月刊

这个太有现实意义了