3D打印在汽车产业的应用还有较长一段路要走

阿宇

3D打印在汽车产业的应用还有较长一段路要走

随着“工业4.0概念”的不断抛出，3D打印作为该革命技术支持的核心之一，近年再次被推到市场的“火山口”，已经运用于多个行业。而身处制造业骄子地位的汽车及零部件制造则是3D打印技术重点推广领域。

而3D打印在汽车产业目前的研发和应用状况如何？目前最大的技术瓶颈是什么？未来将呈现何种形式？等问题也备受行业热议和探讨。

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3D打印是什么？

在讨论3D打印汽车之前，先普及下3D打印概念：3D打印是快速成型技术的一种，又称增材制造技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。与普通打印机相比，3D打印机的“墨水”为原材料，通过若干层材料的堆叠达到立体效果。有许多人将这一过程比喻为搭积木，的确有几分相似。

而提及3D打印，不免有人将其与号称“当今机械加工和机械制造领域的经典之作”的CNC技术相比较，盖世微课堂探讨中，许小曙博士指出，这是两种不同的技术，3D打印是增材制造，是用增加相应的材料来成型工件的。而CNC是减材制造，是用去除多余的材料来成型工件。这两者也各有各的优势，CNC的加工精度会高于3D打印，而3D打印能够制造的零件的复杂程度要远高于CNC。3D打印是传统加工方式的一种重要补充，它的主要功能不是替代而是补充，因此，3D打印和CNC结合是一种非常好的形式。

3D打印技术优点在于可以为复杂结构金属零部件免去开发开模环节，缩短新品开发周期，节省出更多的人力、财力和时间。此外，3D打印技术可使金属零部件的力学性能和精度达到锻造件的指标，保证汽车零部件对于精度和强度的要求。

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3D打印不断升级 然仍不适合大批量生产

看过007系列最新电影《大破天幕杀机Skyfall》的观众，一定会对其中那辆1960年的阿斯顿·马丁DB5汽车被炸成碎片的情节唏嘘不已。实际上，那部付之一炬的豪车就是由3D打印技术制作的。

事实上，3D打印并不是一个新概念，已经有近三十年的历史，不过3D打印汽车的出现离我们并不遥远。2013年上半年，一台名为Urbee 2的小车诞生了，而其前身Urbee早在2010年就推出了，只不过当时由于各种问题只停留在了概念阶段。Urbee 2包含了超过50个3D打印组件，但这相较传统制造工艺显得十分精简。车辆除了底盘、动力系统和电子设备等，超过50%的部分都是由ABS塑料打印而来。 据悉，生产Urbee 2需要花费2500小时，换算一下就是没日没夜也需要超过100天才能打印这样一辆车。

2014年，LocalMotors公司推出了升级版的3D打印车Strati（斯特拉迪），此车的进步之处首先在于它的底盘部分也采用了3D打印技术制造，其次它的打印时间仅为44个小时。如果加上组装时间，最新的数据表明只需要三天就能造出Strati。从超过100天到3天，效率的飞速提升预示着3D打印汽车的未来发展不可预估。

而就在日前，德国独立汽车设计公司EDAG在2015年的日内瓦车展上带来一款3D打印概念车LightCocoon，新车外壳每平方米仅重19克，是一张A4纸的四分之一。

尽管3D打印车在不断的兴起和升级，在盖世微课堂中，许博士很实际的指出，“3D打印技术应用在汽车领域尚不是其强项，因汽车是一个大批量生产的产品，而3D打印目前更适合于个性化产品和小批量产品的生产。”

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3D打印在汽车中的应用图解

目前3D打印技术有七种基本类型，分别为材料熔融挤出FDM、粘合剂喷射3DP，材料微滴喷射、粉材平铺融化、直接能量沉积LENS、薄材叠加LOM、光敏树脂平铺SLA。其中，FDM、粉材平铺融化以及SLA已经使用在汽车工业制造上了。许博士表示，目前应用主要有五大方面：1、用于设计；2、结构复杂零件的直接制作；3、汽车上的轻量化结构零件的制作；4、定制专用的工件和检测器具；5、整车模型的制作。

不过在此值得提出的是，3D打印设备的实际意义是帮你在设计或者产品制样的过程中提高某个环节的效率，而不是完全代替整个流程。就像Urbee，3D打印机可以为它实现打印车身外壳、减重车身、个性化设计，但电机等关键零部件都还是来自于传统制造业。与传统企业制造汽车区别最大之处在于，3D打印汽车是先打印出单个的、一体式的车身，再将其他部件填充进去，而不是将车身各部分组装到一起。

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瓶颈：材料种类少 价格高

在微友问及3D打印在汽车应用中的主要瓶颈时，许博士表示，“目前可以用于3D打印材料的种类还是非常有限的，其中用选择性激光烧结(SLS)可以打印的主流材料基本就是尼龙材料、玻璃微珠复合材料、直接金属成型材料与间接金属成型材料等。然这些跟汽车上实际使用的材料种类相比还是有很大差距的。”

不过，值得欣慰的是，今年2月28日，工业和信息化部、国家发展改革委、财政部研究制定的《国家增材制造产业发展推进计划（2015－2016年）》提出要将3D打印与汽车、航空航天、生物医疗等重要细分领域分门别类地进行跨行业联合，突破一批增材制造专用材料。到2016年，实现钛合金、高强钢、部分耐高温高强度工程塑料等专用材料的自主生产，满足行业发展需求。这对于3D打印材料的发展无疑是一剂强心针。

除种类少外，3D打印在材料方面的另一道障碍则是成本，对此，许博士解释道，“材料成本是一个相对的概念，在批量非常小的情况下，模具的成本摊在单件产品上的比较多，这样它的单件产品就会比较贵，但如果用3D打印的方式就不存在这个问题，所以单件或者小批量的产品用3D打印它的成本是相对来讲低廉的。而像年产几十万辆汽车的这种批量，如果用3D打印的方式目前来看成本是不合算的。”

总结：

对于3D打印未来发展趋势，许博士表示，个性化定制是3D打印未来最适合的领域。而其发展中，材料将会呈现多样化，其次打印机将呈现系列化，从尺寸与温度上形成系列。

总体而言，3D打印因材料、成本等各方面的限制，在汽车产业的应用由梦想照进现实还有较长一段路要走，然“智能化”盛行且一切皆有可能的今天，没准这“梦想”就实现了呢！保持期待吧！

morgan