3D打印技術(shù)讓未來汽車個性化制造成為可能

日前，市場研究公司Allied  Market  Research發(fā)布了一份汽車行業(yè)3D打印市場報告預(yù)測,。報告指出,，到2022年，全球汽車行業(yè)3D打印市場將達(dá)到23.91億美元,。在預(yù)測期內(nèi),，歐洲將成為主要市場，其次是亞太和北美,。

車企使用3D打印技術(shù)主要是基于新車模型和工具的應(yīng)用,。汽車市場競爭日益激烈,，車企們紛紛開始尋求新的技術(shù)以減少材料的成本和效率的突破，因此,，越來越多的車企開始采用3D打印技術(shù)來減少研發(fā)和創(chuàng)新成本,。IDC在其2017年初發(fā)表的《世界半年度3D打印消費(fèi)指南》中指出，產(chǎn)生大部分收入的3D打印應(yīng)用領(lǐng)域集中在工業(yè)級3D打印領(lǐng)域,。例如,，2016年，汽車設(shè)計和快速原型打印貢獻(xiàn)了最重要的收入(超過39億美元),。

3D打印是一種更便于大眾理解的通俗稱謂,，在工業(yè)專業(yè)術(shù)語中，3D打印被稱為“增材制造技術(shù)”——它與傳統(tǒng)“減材制造”相對應(yīng),。3D打印技術(shù)大大降低了制造的復(fù)雜度,。這種數(shù)字化制造模式不需要復(fù)雜的工藝、龐大的機(jī)床及眾多的人力,，即可生成任何形狀的零件,，使生產(chǎn)制造得以向更廣的生產(chǎn)人群范圍延伸。

跟傳統(tǒng)技術(shù)相比,，傳統(tǒng)的機(jī)加工制造就適用于大規(guī)模,、需要量產(chǎn)的部件，并廣泛應(yīng)用在幾乎所有領(lǐng)域,；目前3D打印適于小批量,、造型復(fù)雜的非功能性零部件，大多在汽車,、航天等領(lǐng)域內(nèi)用于制造樣件和模具等,。從使用材料看，傳統(tǒng)機(jī)加工可以使用幾乎任何材料,；3D打印技術(shù)目前使用的材料多為塑料,、光敏樹脂和金屬粉末等材料，受制較多,。技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于材料利用率超過95%以上,，幾乎不產(chǎn)生廢料，且適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)體等,。

在制造工藝上3D打印技術(shù)顯示出自己顛覆性的優(yōu)勢：
形狀復(fù)雜性,。傳統(tǒng)機(jī)械制造是基于削、鉆,、銑,、磨、鑄和鍛等減材制造基本工藝的組合,；而3D打印技術(shù)是一體成型技術(shù),，主要采用“分層制造,、逐層疊加”流程。幾乎任意復(fù)雜的形狀,，只要在三維設(shè)計軟件中設(shè)計出來,，就能通過3D打印技術(shù)制造出來。

層次復(fù)雜性,。傳統(tǒng)加工技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的多尺度（宏、介,、微觀）,，而3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)如原子打印、細(xì)胞打印等,。

功能復(fù)雜性,。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)整體打印成形,，避免了將一個復(fù)雜零件進(jìn)行分拆制造后通過焊接成形而帶來的質(zhì)量增大和潛在的質(zhì)量缺陷,，甚至能夠取消復(fù)雜零部件的裝配，用在汽車部件上不但可以減輕重量,，同時減少裝配時間及改變部件連接缺陷,。

如下圖通用電氣近日成功完成了對其新一代渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)（ATP）的測試。這款發(fā)動機(jī)僅由12個獨(dú)立部件組成（超過1/3是用鈦3D打印的）,，與原先的855個部件相比大幅減少,，因此重量減輕了5%，燃油效率提高了20％,，功率提高了10％,，同時維護(hù)也變得更加簡單。

3D打印直接將虛擬的數(shù)字化實(shí)體模型轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品,，極大地簡化了生產(chǎn)流程,，降低了研發(fā)成本，縮短了研發(fā)周期,，使得任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的生產(chǎn)成為可能,， 對面向功能的產(chǎn)品設(shè)計具有重大的推進(jìn)作用。

汽車行業(yè)正在面臨深刻變化,，比如傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車正在向純電動,、混合動力、氫燃料動力電池汽車等清潔能源汽車方向轉(zhuǎn)型,，與此同時,，汽車與智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的結(jié)合也越來越緊密。隨著汽車“四化”發(fā)展,，汽車外觀,、內(nèi)飾,、結(jié)構(gòu)等都已發(fā)生變化，且這一過程正在加速,。這些變化往往都是創(chuàng)新的,、個性化的、小批量的,，而這種情況需要用到3D打印技術(shù)提供足夠的支撐和幫助,。

目前3D打印技術(shù)用于汽車主要還是新車模型上，不能量產(chǎn)是因?yàn)椋?br /> 1  3D打印技術(shù)受制于材料的性能,，目前材料性能還不夠穩(wěn)定,，且材料的通用性比較差。
2  成本高,，工業(yè)級3D打印機(jī)購置成本在數(shù)十萬元到上千萬元,，應(yīng)用成本過高是目前3D打印技術(shù)應(yīng)用普及化及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大瓶頸。
3  部件從設(shè)計制作到應(yīng)用不是一個人能做到,，需要汽車部件設(shè)計人員,，材料研發(fā)人員，3D設(shè)計人員等組成團(tuán)隊共同協(xié)作才能完成,，而針對汽車的不同部件用到的材料也不盡相同,。

3D打印應(yīng)用在汽車制造中需要先解決關(guān)健部件的材料研發(fā)生產(chǎn)，同時降低成本,。2017年12月,，工信部等11部門印發(fā)《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（2017-2020年）》，行動計劃明確提出,，到2020年,，我國增材制造產(chǎn)業(yè)年銷售收入超過200億元，年均增速在30%以上,；要在汽車新品設(shè)計,、試制階段，利用增材制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)無模設(shè)計制造,，縮短開發(fā)周期,。采用增材制造技術(shù)一體化成型，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜,、關(guān)鍵零部件輕量化,；在專用材料、工藝裝備等產(chǎn)業(yè)鏈重要環(huán)節(jié)關(guān)鍵核心技術(shù)與國際同步發(fā)展,，部分領(lǐng)域達(dá)到國際先進(jìn)水平,。通過“增材制造與激光制造”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃等支持符合條件的增材制造工藝技術(shù)、裝備及其關(guān)鍵零部件研發(fā),，研究將符合條件的增材制造納入“科技創(chuàng)新2030-重大項(xiàng)目”支持范圍,。將符合條件的增材制造裝備納入首臺套重大技術(shù)裝備保險補(bǔ)償?shù)日���,，加大扶持力度�?br />
隨著新材料的研發(fā)，產(chǎn)業(yè)合作,、國家政策扶持,、3D打印技術(shù)應(yīng)用在汽車部件的量產(chǎn)上指日可待。但3D打印技術(shù)發(fā)展不只是這樣,。塑哥記得2015年的時候與汽車行業(yè)專家陳光祖老先生談到3D打印制件時,，陳老說：3D打印讓未來汽車個性化制造成為可能。汽車所有的部件都可以個性設(shè)計,，然后通過3D打印制造出來組裝,，因?yàn)椴皇怯孟嗤�的模具做出來的，所以可以有無限的設(shè)計想象空間,。

來源：汽車輕量化非金屬材料產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟
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