深度解讀：3D打印技術在汽車產(chǎn)業(yè)的應用

　　隨著“工業(yè)4.0概念”的不斷拋出，3D打印作為該革命技術支持的核心之一，近年再次被推到市場的“火山口”，已經(jīng)運用于多個行業(yè)。而身處制造業(yè)驕子地位的汽車及零部件制造則是3D打印技術重點推廣領域。

　　而3D打印在汽車產(chǎn)業(yè)目前的研發(fā)和應用狀況如何?目前最大的技術瓶頸是什么?未來將呈現(xiàn)何種形式?等問題也備受行業(yè)熱議和探討。針對此，3月11日晚，蓋世汽車網(wǎng)特組建“3D打印微課堂”(以微信為主體的專業(yè)群交流模式)，邀請行業(yè)資深專家華曙高科董事長許小曙博士開堂授課、與此同時，廣汽、東風、上汽、福特、比亞迪、江鈴、長城等整車企業(yè)、大陸、采埃孚、德爾福等零部件供應商及上海增材制造協(xié)會、Stratasys、Autodesk等3D打印相關行業(yè)共343位人士針對3D打印技術發(fā)展問題在群內展開熱烈探討。會后我們將焦點內容梳理與補充，與業(yè)內共饗!

　　3D打印是什么?

　　在討論3D打印汽車之前，先普及下3D打印概念：3D打印是快速成型技術的一種，又稱增材制造技術，是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。與普通打印機相比，3D打印機的“墨水”為原材料，通過若干層材料的堆疊達到立體效果。有許多人將這一過程比喻為搭積木，的確有幾分相似。

　　而提及3D打印，不免有人將其與號稱“當今機械加工和機械制造領域的經(jīng)典之作”的CNC技術相比較，蓋世微課堂探討中，許小曙博士指出，這是兩種不同的技術，3D打印是增材制造，是用增加相應的材料來成型工件的。而CNC是減材制造，是用去除多余的材料來成型工件。這兩者也各有各的優(yōu)勢，CNC的加工精度會高于3D打印，而3D打印能夠制造的零件的復雜程度要遠高于CNC。3D打印是傳統(tǒng)加工方式的一種重要補充，它的主要功能不是替代而是補充，因此，3D打印和CNC結合是一種非常好的形式。

　　3D打印技術優(yōu)點在于可以為復雜結構金屬零部件免去開發(fā)開模環(huán)節(jié)，縮短新品開發(fā)周期，節(jié)省出更多的人力、財力和時間。此外，3D打印技術可使金屬零部件的力學性能和精度達到鍛造件的指標，保證汽車零部件對于精度和強度的要求。

　　3D打印不斷升級 然仍不適合大批量生產(chǎn)

　　看過007系列最新電影《大破天幕殺機Skyfall》的觀眾，一定會對其中那輛1960年的阿斯頓·馬丁DB5汽車被炸成碎片的情節(jié)唏噓不已。實際上，那部付之一炬的豪車就是由3D打印技術制作的。

　　事實上，3D打印并不是一個新概念，已經(jīng)有近三十年的歷史，不過3D打印汽車的出現(xiàn)離我們并不遙遠。2013年上半年，一臺名為Urbee 2的小車誕生了，而其前身Urbee早在2010年就推出了，只不過當時由于各種問題只停留在了概念階段。Urbee 2包含了超過50個3D打印組件，但這相較傳統(tǒng)制造工藝顯得十分精簡。車輛除了底盤、動力系統(tǒng)和電子設備等，超過50%的部分都是由ABS塑料打印而來。 據(jù)悉，生產(chǎn)Urbee 2需要花費2500小時，換算一下就是沒日沒夜也需要超過100天才能打印這樣一輛車。

　　2014年，Local Motors公司推出了升級版的3D打印車Strati(斯特拉迪)，此車的進步之處首先在于它的底盤部分也采用了3D打印技術制造，其次它的打印時間僅為44個小時。如果加上組裝時間，最新的數(shù)據(jù)表明只需要三天就能造出Strati。從超過100天到3天，效率的飛速提升預示著3D打印汽車的未來發(fā)展不可預估。

　　而就在日前，德國獨立汽車設計公司EDAG在2015年的日內瓦車展上帶來一款3D打印概念車LightCocoon，新車外殼每平方米僅重19克，是一張A4紙的四分之一。

　　盡管3D打印車在不斷的興起和升級，在蓋世微課堂中，許博士很實際的指出，“3D打印技術應用在汽車領域尚不是其強項，因汽車是一個大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，而3D打印目前更適合于個性化產(chǎn)品和小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)?！?/P>

　　3D打印在汽車中的應用圖解

　　目前3D打印技術有七種基本類型，分別為材料熔融擠出FDM、粘合劑噴射3DP，材料微滴噴射、粉材平鋪融化、直接能量沉積LENS、薄材疊加LOM、光敏樹脂平鋪SLA。其中，F(xiàn)DM、粉材平鋪融化以及SLA已經(jīng)使用在汽車工業(yè)制造上了。許博士表示，目前應用主要有五大方面：1、用于設計;2、結構復雜零件的直接制作;3、汽車上的輕量化結構零件的制作;4、定制專用的工件和檢測器具;5、整車模型的制作。

　　不過在此值得提出的是，3D打印設備的實際意義是幫你在設計或者產(chǎn)品制樣的過程中提高某個環(huán)節(jié)的效率，而不是完全代替整個流程。就像Urbee，3D打印機可以為它實現(xiàn)打印車身外殼、減重車身、個性化設計，但電機等關鍵零部件都還是來自于傳統(tǒng)制造業(yè)。與傳統(tǒng)企業(yè)制造汽車區(qū)別最大之處在于，3D打印汽車是先打印出單個的、一體式的車身，再將其他部件填充進去，而不是將車身各部分組裝到一起。

　　瓶頸：材料種類少 價格高

　　在微友問及3D打印在汽車應用中的主要瓶頸時，許博士表示，“目前可以用于3D打印材料的種類還是非常有限的，其中用選擇性激光燒結(SLS)可以打印的主流材料基本就是尼龍材料、玻璃微珠復合材料、直接金屬成型材料與間接金屬成型材料等。然這些跟汽車上實際使用的材料種類相比還是有很大差距的?！?/P>

　　不過，值得欣慰的是，今年2月28日，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委、財政部研究制定的《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃(2015-2016年)》提出要將3D打印與汽車、航空航天、生物醫(yī)療等重要細分領域分門別類地進行跨行業(yè)聯(lián)合，突破一批增材制造專用材料。到2016年，實現(xiàn)鈦合金、高強鋼、部分耐高溫高強度工程塑料等專用材料的自主生產(chǎn)，滿足行業(yè)發(fā)展需求。這對于3D打印材料的發(fā)展無疑是一劑強心針。

　　除種類少外，3D打印在材料方面的另一道障礙則是成本，對此，許博士解釋道，“材料成本是一個相對的概念，在批量非常小的情況下，模具的成本攤在單件產(chǎn)品上的比較多，這樣它的單件產(chǎn)品就會比較貴，但如果用3D打印的方式就不存在這個問題，所以單件或者小批量的產(chǎn)品用3D打印它的成本是相對來講低廉的。而像年產(chǎn)幾十萬輛汽車的這種批量，如果用3D打印的方式目前來看成本是不合算的。”

　　總結：

　　對于3D打印未來發(fā)展趨勢，許博士表示，個性化定制是3D打印未來最適合的領域。而其發(fā)展中，材料將會呈現(xiàn)多樣化，其次打印機將呈現(xiàn)系列化，從尺寸與溫度上形成系列。

　　總體而言，3D打印因材料、成本等各方面的限制，在汽車產(chǎn)業(yè)的應用由夢想照進現(xiàn)實還有較長一段路要走，然“智能化”盛行且一切皆有可能的今天，沒準這“夢想”就實現(xiàn)了呢!保持期待吧!