汽車制造中的3D打�。盒腔鹆窃�進行時

“世界范圍內快速成型技術在汽車上的應用份額占到了31.7%”，一份來自Industry Week的報告顯示——也就是說全世界近三分之一的3D打印技術用在了汽車制造領域。據統(tǒng)計，2014年僅在中國汽車消費就達到1970萬輛，這個萬億級的龐大市場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)勢迅速在汽車領域蔓延，據SmarTech預測，到2023年這個市場有望達到22.7億美元，折合為人民幣則將近150億。

誰在用？用在哪里？

3D打印技術面臨最大的難題便是“看得見卻摸不著”的應用市場的開拓，然而在上個世3D打印一經面世就很快在汽車制造領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80年代就已經購買了3D打印機，并逐漸建立了3D打印技術實驗室和五大3D打印原型制造中心，共有14臺不同的工業(yè)級3D打印機，每年制作的零件高達2萬件。寶馬自1991年起就將“增材制造”科技應用于概念車、原型車的制作。蘭博基尼在早期是通過外包的形式在產品開發(fā)制造中應用3D打印技術。另外，上海大眾高級經理沈衛(wèi)東也告訴《3D打印世界》，“大眾汽車從2003年就開始使用3D打印技術了。”

到今天，除了福特、寶馬、蘭博基尼、大眾之外，像通用、保時捷、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打印應用于汽車新產品研發(fā)過程中，”沈衛(wèi)東說，“其中設計階段應用得最多，設計部門將一個零件在電腦上設計出來以后，我們就可以利用3D打印非�？焖俚刂圃斐鰧嶓w，然后對它做一個快速的評價，也有可能會裝到實車上面測試一下它的性能，如果設計結構和裝車性能都滿足要求的話，我們就會凍結這個設計數(shù)據，然后再進行批量生產�！�
從內飾到輪胎、空氣管道、蓋子、氣動模型、缸體、缸蓋、燃油系統(tǒng)、殼體等設計及功能驗證3D打印都可以大展拳腳，因為它無需開發(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)分析和實車安裝發(fā)現(xiàn)問題，再和結構設計工程師技術溝通，優(yōu)化零件結構設計，提高零件的強度和可制造性，簡化零件結構，驗證技術結構可行性，提高產品成熟度。

  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：“我們在汽車研發(fā)初期幫助汽車制造廠設計新的發(fā)動機，或者改進發(fā)動機功能，只要一個星期時間，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、進氣管、變速箱殼體的RP服務。

除了設計驗證之外，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，這樣我們可以對車的造型做出有效評價，這對傳統(tǒng)造型模型來說進步很大。”其次，3D打印還可以在一些輔助檢具和夾具中使用。

隆源-發(fā)動機缸蓋

然而，除了在研發(fā)的實驗室階段，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個性化要求極高的車種。像寶馬就為BMW Z4 GT3的一款DTM賽車3D打印了一個整體成型的輕金屬水泵轉子，以替代以前使用的塑料材質的部件。據行業(yè)內人士介紹，F(xiàn)1賽車的進氣歧管為復雜薄壁結構，材料為鎳合金材料，采用傳統(tǒng)加工工藝難以完成，采用SLM技術就可以實現(xiàn)該零件的完全自動化一次整體成型，包含熱處理和精加工，只需一周時間即可，功能齊全，適合高溫高負荷運轉。

從總體來講，3D打印在造型評審、設計驗證、復雜結構零件、多材料復合零件、輕量化結構零件、定制專用工裝、售后個性換裝件等汽車方面的應用逐漸占到了主導的地位。

3D打印的優(yōu)勢和應用障礙

“越復雜的產品使用3D打印來做就越具有優(yōu)勢，像發(fā)動機的缸體、缸蓋內的東西，使用傳統(tǒng)工藝可能需要花三、四個月時間來做模具，但使用我們的無木模鑄型制造技術兩個星期就可以直接出具一件產品，原來的費用都是幾十、上百萬，用我們的技術就要降低很多了�！狈鹕椒迦A卓立的常務副總經理、高級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)生產的趨勢是從大規(guī)模批量化生產轉變?yōu)樾∨�量和個性化生產，產品的生命周期和投放市場的時間越來越短，在十年前開發(fā)一種新車型需要兩年以上的時間，而現(xiàn)在一個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間，根據數(shù)據統(tǒng)計，中國2014年上市的新車型就多達328種。市場競爭如此嚴酷，只有盡可能縮短產品設計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的制造手段，它突破了產品的設計限制，極大縮短了產品開發(fā)周期，同時大大降低研發(fā)成本，并且同步開發(fā)，提升了新產品的可靠性。

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)內人士一致認為它在大批量生產方面還無法與傳統(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、標準化作業(yè)的工業(yè)環(huán)境下短時間內無法順利走出實驗室。

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

宗貴升也持相同的觀點，他指出常規(guī)的大批量生產現(xiàn)在用3D打印還是不現(xiàn)實的，大批量的高成本、大尺寸、高性能零部件的直接制造關鍵核心技術3D打印還沒有突破。另外他還提出一個有趣的觀點，“3D打印最主要的障礙還是缺少一批懂得3D打印設計理念的人，設計師還是傳統(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3D打印的產業(yè)鏈尚未形成，這些都會制約3D打印的順利發(fā)展。

盡管如此，業(yè)內人士對3D打印的下一步應用還是有著明確的認識，“3D打印是整個汽車制造里面一個非常有效的輔助工具，以后在汽車研發(fā)中會越來越多地應用到3D打印，其次，在批量化方面肯定也會尋找到一些突破口，或者與傳統(tǒng)制造相結合形成更合適的價格優(yōu)勢。”沈衛(wèi)東認為。

作為一家3D打印服務企業(yè)的領頭人，宗貴升看到的道路更明晰，他認為3D打印一定要往一體化和輕量化設計方面去做，首先突破汽車發(fā)動機、動力傳動系統(tǒng)、車輪等高性能零部件直接成型，并打破汽車整車設計與制造的理念。

如何看待整車3D打印？

“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上當著觀眾的面又一次使用3D打印技術打造了一輛汽車“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說是世界上首款3D打印超級跑車“刀鋒(Blade)”。另外，美國橡樹嶺國家實驗室的也用3D打印技術打造了一輛外形模仿經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3月份的時候也有人“3D打印”一輛概念汽車。并且，制造方親自示范這些車確實可以上路行駛。

然而，業(yè)內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)有汽車產業(yè)鏈的機遇？
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打印技術可以打印一些操作面板，金屬3D打印技術也可以做一些發(fā)動機的零件，但還是要經過加工以及后面的裝配”，另外，汽車里面還包括線路、電路板、傳感器，這些是3D打印做不出來的，“我們可以做汽車里面的一些零件，但整個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《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，而其他關鍵性的動力傳動系統(tǒng)、懸架、電池、輪胎、車輪、線路、電動馬達和擋風玻璃是使用常規(guī)的制造方法，然后再組裝在一起。

沈衛(wèi)東認為這種“3D打印汽車”更多的是在秀一種技術，通過這樣的一個“概念”來引領一種潮流，而且他非常堅定地認為3D打印技術只是汽車整型制造里面的一個重要的環(huán)節(jié)，不可能替代全部的傳統(tǒng)技術。

盡管如此，3DInside Priting全球巡展策展商、珠海再生時代董事總經理李廣連等行業(yè)人士認為，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計是完全可以實現(xiàn)的，它將原本需要在生產線上組裝上千個零件集成為幾十個，而且使用碳纖維或者其他的復合材料，汽車重量大大下降。

而且更加重要的意義在于，因為3D打印的參與，原有的汽車產業(yè)鏈也有機會得到改變：原本汽車生產是由全球各地生產零件，再集中到一個地方進行組裝成型，最后再銷往全球。而“3D打印汽車”的出現(xiàn)把設計、采購、制造、銷售、回收各個環(huán)節(jié)都集中在一個地區(qū)，打破全球供應鏈。正如Local Motors的CEO Justin Fishkin講的，他將在全球建立100個微工廠，并將提供一個平臺，設計師可以將自己的設計傳上去，消費者在平臺上挑選自己喜歡的車型，點擊進購物車，幾天后汽車就會自動送上門。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+”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