還想靠電動車拯救環(huán)境？3D打印或許更值得嘗試

由Local Motors公司開發(fā)，即將在2016年發(fā)售的全3D打印汽車 — LM3D Swim

讓我們看看Blade這臺跑車吧：從 0 加速到 60 英里只需 2.5 秒，擁有 700 馬力，而且，它的最高速度是完全不合法的。典型的跑車參數(shù)。

但它與跑車的相似之處也就這樣了。Blade 僅有 1400 鎊（635.04 公斤）重——不到典型的雙座跑車重量的一半——而且，它輕盈的框架僅需少量的壓縮天然氣就能移動。最重要的是，它是用低能耗的 3D 打印技術(shù)打造的。這是一個出自硅谷思維的產(chǎn)品，迫切地想要改變世界。

Blade 是舊金山汽車初創(chuàng)公司 Divergent 科技的 CEO Kevin Czinger 的夢想產(chǎn)物。Czinger 說，經(jīng)過長期驗證，即使是與新的特斯拉 Model X 等電動 SUV 相比，3D 打印的汽車 Blade 對環(huán)境的損害只有它們的 ⅓�！叭绻�我們只制造 5000 鎊（2268 公斤）的 SUV，我們能夠毀滅這個星球，” Czinger 說，“我們必須制造更輕量、更高效的汽車�！�

3D打印超跑Blade

我們經(jīng)�？吹捷d貨卡車排放的尾氣，并且認(rèn)為那是一個需要解決的重大問題。但是，Czinger 爭辯說，我們把太多時間浪費(fèi)在對排氣管的憂慮上了，其實，我們應(yīng)該重新思考整個制造流程。在傳統(tǒng)汽車對環(huán)境的破壞中，燃料和行駛占據(jù)的份額不超過 ⅓。該數(shù)據(jù)來自 Czinger 喜歡引用的一份 2009 年全國科學(xué)研究院的報告。其它的份額來自汽車的制造過程：從地面上吊起所有的金屬，鍛造、移動、切割、鉆孔，并且將它沖壓到底盤和面板上。

根據(jù)那份報告，制造電動汽車是更加有害的過程，因為，相比汽油驅(qū)動的車輛，電動汽車需要的能量和產(chǎn)生的排放多出 20%。它們的電池使用了鈷和鋰，而這些金屬的提煉和精煉需要消耗更多的能量（有時候，這些金屬來自沖突地區(qū)）。電池的制造過程中，工人可能會吸入有毒氣體，再循環(huán)也是一個復(fù)雜的事情。如果你再考慮一下車輛的使用壽命，那么，特斯拉、Leaf 和 Volt 看起來就不是那么綠色了。

21 世紀(jì)中期，地球或許會增加 2.5 億人，占據(jù)路面并產(chǎn)生碳排放的汽車也會翻倍。因此，毫不奇怪的是，Google、蘋果這樣的科技公司，還有一些初創(chuàng)公司都在搶著發(fā)布自己對未來交通的設(shè)想，而且，他們通常會提到技術(shù)加持的環(huán)境或安全優(yōu)勢。

對于 Kevin Czinger 來說，前方的道路已經(jīng)非常明顯�！耙�大幅度減少汽車排放的溫室氣體，杠桿的支點顯然是生產(chǎn)過程，” 他說，“我們需要大幅度減少設(shè)計和生產(chǎn)汽車的過程中消耗的材料、能源和資本成本。”

目前，一小部分汽車企業(yè)家試圖重建汽車的完整制造流程。Czinger 就是其中的一個。他們想用 3D 打印機(jī)制造汽車，從而使得碳排放量大大低于傳統(tǒng)的生產(chǎn)線。他們想使用隨時會變化的設(shè)計，并且隨時應(yīng)用最新的自動駕駛技術(shù)。在此過程中，他們想要創(chuàng)造更多的就業(yè)，減少交通死亡人數(shù)，并且引導(dǎo)一場創(chuàng)意大爆炸，從而大大改善我們道路上行駛的車輛的多樣性。

要全面理解他們的美妙想法，你必須樂意去夢想一下，但是，這并不是說，他們只是在夸夸其談。如今，Czinger 已經(jīng)推出了 3D 打印的 Blade，而 Local Motors 的 CEO Jay Rogers 正在對公司剛在 8 月份設(shè)計完成的汽車進(jìn)行道路測試�！皻v史告訴我們，創(chuàng)造性的顛覆過程就像熱刀切過奶油，要經(jīng)過行業(yè)中效率最低的部分�！� Rogers 說。

要理解硅谷對抗底特律的最新戰(zhàn)況，我們需要回頭看看一切的源頭。

百年前的福特汽車工廠

1909 年，汽車時代的黎明，那時候費(fèi)力組裝一輛 Model T 需要 12 小時。然后，亨利 ·福特想到了流動生產(chǎn)線的概念，組裝中的汽車從一個工作站移動到下一個。1914 年，福特的生產(chǎn)線能夠在 90 分鐘內(nèi)組裝一臺 Model T。質(zhì)量改善，價格下降，大眾能夠享受到個人交通工具了。如今，美國最受歡迎的汽車，福特 F-150 皮卡，在永不間斷的金屬、玻璃和塑料的迷霧中流出工廠，年產(chǎn) 80 萬輛。

這種節(jié)奏依賴于一個觀念：無論多么復(fù)雜的制造過程，只要將其分為簡單、可重復(fù)的任務(wù)，那么，它就可以發(fā)揮出最大的效率。把這個鐵條焊到那個面板上。把這個燈安裝到裝置上。把這個部件連到那個交叉口上。下一個！

現(xiàn)代的汽車通常有 2 萬個獨立部件，由一組精心編排的機(jī)器組裝，每臺機(jī)器只專注于一項功能（加上一些監(jiān)督和服務(wù)的人類）。但是，從頭建造一個汽車工廠需要 5 年時間，花費(fèi) 10 億美元，而且，如果要制造一款全新汽車，僅僅一個工廠的改造就是極為昂貴的。據(jù)估計，如果大眾做這件事，大約需要花費(fèi) 2 億美元。

這就是這些汽車企業(yè)家想要把握的機(jī)會。他們開發(fā)了一種名為增材制造的流程。意思就是，從最基礎(chǔ)的材料制造整件東西。你或許見過 3D 打印的珠寶或者小裝飾品。這些物品是由 MarkerBot 打印的。MakerBot 把塑料線加熱，然后一層一層擠壓，就像是牙膏一樣。

LM Lab

這個過程能夠創(chuàng)造出復(fù)雜和非常美麗的結(jié)構(gòu)，超越了傳統(tǒng)模具或者手工雕刻的產(chǎn)品。但是，要把 3D 打印應(yīng)用到汽車工業(yè)，我們還需要一個富有想象力的加拿大拖拉機(jī)設(shè)計師。來自溫尼伯的大胡子工程師 Jim Kor 被認(rèn)為是第一個使用增材制造打造汽車車體的人。

Kor 早就夢想著制造一輛超級高效、太空艙樣式的汽車，名為 Urbee。2007 年，一件事情驅(qū)動了他：進(jìn)步保險汽車 X 大獎出現(xiàn)了。這是一個獎金 1000 萬美元的競賽，參賽者需要制造一臺可量產(chǎn)的汽車，能用一加侖油行駛 100 英里 。憑借農(nóng)場機(jī)械方面的經(jīng)驗，Kor 帶著過去的拖拉機(jī)設(shè)計闖入比賽，制造了一個 60% 比例的黏土模型。他把模型做了電子掃描，目的是進(jìn)行空氣動力學(xué)模擬，然后，他計劃下一番苦工，手工從泡沫和木頭中雕刻出汽車的車體，或者使用昂貴的數(shù)控車床。

但是，在與增材制造的先行者 Stratasys 的工程們會面后，Kor 開始考慮使用一種常見的塑料 ABS 3D 打印汽車車體。這種材料廣泛應(yīng)用在排水管、皮劃艇以及汽車保險杠上。他說：“當(dāng)我看到 Stratasys 能夠打造的部件尺寸后，我想，讓我們試一下這個吧。”結(jié)果，打印出來的 ABS 面板能夠完美地匹配車體。

LM Windsheild

制造一個小型的、太空艙樣式的汽車是可行的，但是，如果 3D 打印真正發(fā)揮作用，那么，它必須能夠制造更大的汽車。

LM Light

該是 Jay Rogers 和 Local Motors 上場了。通過把眾籌帶到汽車設(shè)計，Rogers 已經(jīng)開始顛覆汽車的制造流程。他的公司的首款汽車是一輛噪音極大、后末日風(fēng)格（但可以合法上路）的肌肉車，名為 Rally Fighter。這款汽車是 500 名志愿者在線合作的成果。從汽車的風(fēng)格到懸掛，他們設(shè)計了一切東西。Rogers 和一個小團(tuán)隊的汽車工程師會告訴眾人說，汽車需要一個前燈遮罩，然后，團(tuán)隊會評判眾人的反映。

在一個名為“microfactories”（微型工廠）的小型工作室里，汽車被一塊一塊的組裝起來�！肮�司在鳳凰城的首個 4 萬平方英尺的微型工廠，看起來就像是車庫、工廠和教室的混合物。汽車由一個機(jī)械工程師團(tuán)隊組裝，而汽車將來的購買者也來幫忙。如此耗費(fèi)精力、工匠式的工作方式意味著，微型工廠每年僅能生產(chǎn) 100 輛 Rally Fighters，每輛汽車的售價是 10 萬美元。Local Motors 說，它將在鳳凰城工廠外的 Knoxville 開放另一個微型工廠。在今后的五年里，它會建造 50 多個微型工廠和小型實驗室�！�

LM factory inside

Rogers 意識到，3D 打印能夠逐漸地加快生產(chǎn)速度，降低生產(chǎn)。因此，2014 年，Rogers 開始制造第一臺實驗性的 3D 打印汽車，名為 Strati。他的合作者包括田納西的橡樹嶺國家實驗室和工具制造公司辛辛那提股份有限公司。辛辛那提公司開發(fā)了一種名為大面積增材制造（BAAM）的技術(shù)。它類似于家用 3D 打印機(jī)的技術(shù)：融化 ABS 塑料，不過，加入短切碳纖維，以增強(qiáng)材料的強(qiáng)度，然后，將其層層精密地壓制起來。不過，MakerBot 只能打印桌面裝飾物，而 BAAM 則能夠打印 20 英尺高、9 英尺寬、6 英尺長的物品。它足以一次打印出整個 Strati。

LM Design

“增材制造過程讓我們把許多東西融合為一個部件，” 橡樹嶺國家實驗室的制造系統(tǒng)研究組的主管 Lonnie Love 說�！岸鄶�(shù)汽車由 2 萬多部件組成，我們將數(shù)量降低為大約 50 個�！� 一旦車身被打印出來，剩余的部件——比如電動機(jī)、電池、車輪、車燈、座位和控制器（多數(shù)以傳統(tǒng)方式制造）——能夠被快速的手工添置到車上。

有了經(jīng)驗之后，他們制造汽車的進(jìn)程更快了。當(dāng)能源部最近要橡樹嶺國家實驗室制造一輛新款汽車時，Love 和團(tuán)隊設(shè)計和打印了一臺純電動汽車，復(fù)刻自經(jīng)典 Shelby Cobra 運(yùn)動車。他們僅僅用了 6 周時間。Love 說：“從打印汽車的計劃到一輛能夠奔跑的汽車，花了 6 個月時間。這是從未聽聞的事情。6 個月的時間太瘋狂了�！�

打印的過程也在不斷加速。從 2014 年夏天每小時注入 10 磅原材料，6 天完成一臺 Strati 的打印，進(jìn)步到每小時注入 40 磅原材料，一臺 Strati 只需要 2 天就能夠打印完成。一年后，大規(guī)模增材制造技術(shù)已經(jīng)可以以接近每小時 100 磅的效率進(jìn)行打印，足夠在少于 7 小時內(nèi)生產(chǎn)一輛汽車。

LM Powder

打印汽車的速度越快，成本就越低。一臺大面積增材制造 3D 打印機(jī)的成本為 50 萬美元，每小時的運(yùn)作成本大約是 100 美元。加入 500 磅、每磅成本 4 美元的碳纖維增強(qiáng)熱塑料，橡樹嶺國家實驗室可以把打印一臺 Shelby Cobra 的成本控制在 3000 美元以內(nèi)（作者注：你仍然需要為購買輪胎、座椅、傳動系統(tǒng)和高質(zhì)量的復(fù)古噴漆付費(fèi)）。一臺以傳統(tǒng)方式制造的復(fù)刻版 Cobra 成本超過 4 萬美元。

LM Node

Divergent 正在使用不同的增材制造技術(shù)制造 Blade 超級跑車。Czinger 認(rèn)為，像 Strati 那樣使用 ABS 打印整個外部車身生產(chǎn)的汽車非常重。作為代替方案，Divergent 把碳纖維管和 3D 打印的、被稱作“節(jié)點”的金屬支架結(jié)合起來，制造 Blade 的內(nèi)部車架。

強(qiáng)大的光束把金屬粉末燒結(jié)至定制的形態(tài)，從而形成了“節(jié)點”，然后通過手工把碳纖維管與其結(jié)合。有了節(jié)點和碳纖維管呈現(xiàn)的強(qiáng)度和碰撞保護(hù)，Divergent 宣稱車身外部嵌板幾乎可以用任何輕質(zhì)材料（甚至是紙張）制成。

Czinger 表示，通過簡單地修改軟件，同樣的機(jī)器可以打印跑車或小貨車。“這些結(jié)構(gòu)可以以一種模塊化的方式非�？焖俚亟M合起來，制造從雙人跑車到皮卡車的任何形態(tài)……并且耗費(fèi)的成本只是金屬加工和沖壓所需成本的一小部分。”

Divergent Office

Divergent 希望能夠從明年開始接受 Blade 的訂單，并盡快在 2017 年交付使用。Local Motors 也是同樣地充滿野心，在本月早些時候宣布第一款 3D 打印量產(chǎn)車——LM3D，將會在 2017 年早期上市，售價約為 5.3 萬美元。

Love 與 Shelby Cobra 之間的緣分給了他一個啟發(fā)：“Local Motors 比他們意識到的更加富有革命性。他們不只是在消滅汽車制造設(shè)施，而是徹底地改變著整個供應(yīng)鏈�！盠ove 指出，一個汽車經(jīng)銷商的平均成本是數(shù)百萬美元，跟 Local Motors 位于鳳凰城的小型工廠一樣。為什么不把這個兩者結(jié)合起來？一個客戶可能會走進(jìn)工廠，和工程師坐下來設(shè)計汽車，在接下來的幾天里完成打印。

LocalMorors 工廠外景

顛覆一個完全全球化的、價值 9 萬億美元的百年行業(yè)是充滿險阻的。把汽車的重量從 5000 磅下降到 1400 磅帶來的重大安全問題還沒有出現(xiàn)。提高 3D 打印的規(guī)�；�和效率水平，使其不僅僅是小規(guī)模炫技的想法還是一個沒有解決的問題。沒有人真的能夠確定大規(guī)模的 3D 打印是否真的能比現(xiàn)在的技術(shù)更加環(huán)保（以激光燒結(jié)為例，這種技術(shù)消耗的每公斤能源比量產(chǎn)鋁材高 40 倍）。當(dāng)?shù)谝粋�汽車制造商快速更新它們的產(chǎn)品時，監(jiān)管難題或許也會出現(xiàn)。

LM Worker

我有一個設(shè)想：從附近的打印機(jī)那里設(shè)計自己下一臺車，當(dāng)我向 Mark Stevens 描述這個設(shè)想的時候，這位就職于密歇根非營利汽車研究中心的生產(chǎn)專家放聲大笑。他說：“你想要按需隨選地打印汽車，在我們這一輩子里都不會成為現(xiàn)實�！彼�的問題是這樣的制造方法能夠有怎樣的規(guī)模。“在他們打印一臺汽車的同時，一個傳統(tǒng)的生產(chǎn)線能夠制造一百臺汽車�！�

Divergent 的 Kevin Czinger 承認(rèn)“我們唯一的最大的挑戰(zhàn)就是讓汽車制造商和我們一起努力�！彼�希望明年與一家主流汽車制造商簽署一份合作開發(fā)協(xié)議，開發(fā)比 Blade 更加主流的新汽車，在一年內(nèi)賣出 10000 臺。

Urbee——Jim Kor 的小型個人快速交通系統(tǒng)，在這里會非常有建設(shè)性。它的小公司沒辦法趕上 X Prize 比賽的截止日期，最后不得不放棄了這個比賽。當(dāng)他真正完成了 Urbee 的時候，這個電動/乙醇混合動力兩座小車超越了 X Prize 的目標(biāo)，高速公路續(xù)航里程達(dá)到了 200 mpg。X Prize 的組織者很佩服他，推動 Kor 開設(shè)了一家公司�？上У氖窃诔掷m(xù)尋求了一年的融資后，他沒能夠湊到他需要的資金。Kor 現(xiàn)在認(rèn)為能讓 Urbee 上市的最佳方式是向其他制造商授權(quán)使用他的設(shè)計。

與此同時，Local Motors 的 Jay Rogers 希望模仿蘋果新款 iPhone 升級計劃，用戶可以為使用最新的手機(jī)支付固定的月費(fèi)�！拔覀儗�會很快地改變這些‘設(shè)備’，如果你不讓客戶認(rèn)為自己擁有這些產(chǎn)品，可能是更好的方法，”他說�！拔蚁氤蔀榘言诼飞闲旭偟淖詣玉{駛汽車開放給用戶購買的第一人。我想在下個月?lián)碛行碌膫鞲衅鳎�讓我的車變得更好；再下一個月我想升級電池，當(dāng)然還有很多可以升級的部件�！�

這樣的模式有非常明顯的問題。盡管增材制造可以縮短生產(chǎn)時間，減少排放和成本， 消滅重型機(jī)械，汽車不能縮減為軟件。它是一個體積很大的實體，必須高效、安全地運(yùn)作很多很多年。如果一個雨刮出現(xiàn)了故障，設(shè)計有缺陷的電池過熱，你沒法通過 OTA 更新解決這些問題。

一個像 Local Motors 的小規(guī)模分布式公司怎樣才能開發(fā)出自動駕駛系統(tǒng)這樣的復(fù)雜東西，然后確保這個系統(tǒng)在一系列汽車上完美運(yùn)行呢？畢竟沒有哪兩臺車是完全一樣的。果不其然地，Rogers 建議轉(zhuǎn)而從大眾的層面思考，他說：“如果我把最初版本的我的汽車給予一百個社區(qū)用戶，挑戰(zhàn)他們，讓他們幫助我更快地進(jìn)行開發(fā)呢？”。“我們會告訴社區(qū)里的人，以 Waze 和 Google 地圖競爭開發(fā)交通避障軟件的速度開發(fā)預(yù)防碰撞系統(tǒng)�！�

作為回報，用戶可以得到游戲化的激勵，比如積分或者提前購買新汽車的機(jī)會。如果這臺車賣的很好，他們還有可能得到報酬，盡管 Rogers 堅稱他會“引入維基百科的規(guī)則而非 Google 的資金。我們會讓你感到驕傲�！�

政府監(jiān)管部門會怎樣應(yīng)對按照維基百科的思想開發(fā)汽車軟件的行為還有待探討。Lonnie Love 認(rèn)為“很多公司還需要解決一個問題：如何在制造個性化汽車的同時保證所有汽車都是安全的，我沒法預(yù)測這會在什么時候?qū)崿F(xiàn)�？赡苄枰� 5 年，也可能要等待 50 年�！�

但如果這個模式里有些事情能讓硅谷感興趣，那就是從小型和廉價開始，惹惱監(jiān)管部門，利用群眾的力量�，F(xiàn)在建造一個汽車工廠是跨國公司耗資數(shù)十億美元，花費(fèi)十年時間的重大決策。在未來開設(shè)一個 2000 萬美元規(guī)模的小工廠或許只需要創(chuàng)新的汽車設(shè)計、幾個企業(yè)家以及巨額銀行貸款。汽車制造可以變得非常本地化，就像是一個個迷你的底特律，單純地滿足本地需求。

Rogers 認(rèn)為：“在大型汽車制造商產(chǎn)品線之間的利基市場里做生意并不是一種限制，反而是自由。在一個小工廠里一年制造數(shù)千臺汽車成為了非常有意義的事情，因為如果你能夠賺錢，并讓客戶愿意買這樣的車，你就能吸引一大群用戶�！�

傳統(tǒng)的汽車生產(chǎn)商正在緩慢地意識到 3D 打印的好處，最早是為了代替工廠里的工具和那些用昂貴、稀缺的金屬制造的固定器械。很多年里，奢侈品牌，比如奔馳、凱迪拉克和雷克薩斯曾默默地開發(fā)了自動化駕駛系統(tǒng)，如自適應(yīng)巡航控制和車道偏離報警，但是，它們的風(fēng)頭卻被 Google 和特斯拉的自動駕駛汽車項目搶去了。汽車行業(yè)肯定不想再次落后了。

同時，增材制造也在以硅谷的節(jié)奏不斷進(jìn)步。如果 3D 打印技術(shù)的效率、成本和能耗控制繼續(xù)保持快速發(fā)展，如果新的軟件開發(fā)工具能夠使設(shè)計和測試變得更加民主化，如果監(jiān)管部門和公眾能夠擁抱接下來汽車多樣性的“寒武紀(jì)爆炸”……還有很多的“如果”有待成真，結(jié)果會是史詩級的對抗。

3D 打印汽車的擁護(hù)者多次強(qiáng)調(diào)了他們最感興趣的論點：增材制造可以變得比傳統(tǒng)的方法更加節(jié)能。僅僅是這個變化就會推動這種技術(shù)的應(yīng)用，但它的好處不只是沒那么糟糕。創(chuàng)新的進(jìn)步可以彌補(bǔ)生產(chǎn)效率的降低。距離我們在 Kickstarter 上看到一臺眾籌汽車可能只是時間問題。Love 說：“我認(rèn)為整個行業(yè)可以圍繞快速的交通變革建設(shè)，這就是革命。”
延伸閱讀：   
《Local Motors明春開售首款3D打印汽車價格5.3萬美元》
《3D打印會替代傳統(tǒng)汽車制造模式嗎？Local Motors這么說》

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