3D打印技術(shù)讓未來汽車個性化制造成為新趨勢

日前，市場研究公司AlliedMarketResearch發(fā)布了一份汽車行業(yè)3D打印市場報(bào)告預(yù)測,。報(bào)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(jì)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、尼龍和金屬粉末等材料,，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(jì)軟件中設(shè)計(jì)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(shí)減少裝配時(shí)間及改變部件連接缺陷,。

縱觀當(dāng)今的汽車行業(yè)因?yàn)槭苤朴谄鋫鹘y(tǒng)制造技術(shù)，從最初設(shè)計(jì)到投入生產(chǎn)的完整汽車開發(fā)過程通常需要大約38個月和數(shù)億元的投入,，而其中僅用于模具開發(fā)和制造的時(shí)間就占到16個月,，費(fèi)用更是億元級別。并且由于開發(fā)時(shí)間長,，傳統(tǒng)汽車制造商很難準(zhǔn)確預(yù)測38個月后產(chǎn)品發(fā)布時(shí)用戶的行為,，難以做到精確地映射產(chǎn)品。而傳統(tǒng)汽車制造商受到帕累托原則的影響 - 即20%甚至更少的產(chǎn)品創(chuàng)造了80%以上的利潤,，對于像福特或通用這樣的大型制造商來說,，由于目前的生產(chǎn)方法所制造的產(chǎn)品容錯能力幾乎為零,，因此其他80%的不成功產(chǎn)品純粹是制造商的損失。

XEV”的電動車公司對外宣稱其推出量產(chǎn)級3D打印汽車LSEV,，并且這款新能源造車企業(yè)在還沒有量產(chǎn)前就能獲得大批量采購訂單,，并且數(shù)量還是7000輛之多。LSEV定位為城市多用途小型雙座智能汽車,，全部飾件為3D打印的非結(jié)構(gòu)件,。3D打印制造技術(shù)擁有無與倫比的靈活性，極為適合車輛不同設(shè)計(jì)風(fēng)格與功能的個性化定制,。

XEV電動車公司從誕生之初,，就致力于把3D打印技術(shù)運(yùn)用在量產(chǎn)汽車上，由于3D技術(shù)生產(chǎn)屬于增材制造,，不再使用模夾具,，3D打印汽車的部件總數(shù)相比傳統(tǒng)汽車會減少90%。

XEV在3D打印制造過程中,，能夠一次性制造出部件的內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu),，而且沒有額外成本，這是傳統(tǒng)鑄造沖壓以及注塑制造方式無法完成的,，這使得XEV制造出來的部件在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上是普通金屬材料的3-4倍,，是注塑材料的10倍左右。

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(jì)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(shí),，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)大部分用于汽車主要還是新車研發(fā)測試模型或裝飾上，主要還是因?yàn)椋?br />
1.3D打印技術(shù)受制于材料的性能,，目前材料種類有待完善,。


2.成本高，工業(yè)級3D打印機(jī)購置成本在數(shù)十萬元到上百萬元,，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(jì)制作到應(yīng)用不是一個人能做到,，需要汽車部件設(shè)計(jì)人員,，材料研發(fā)人員，3D設(shè)計(jì)人員等組成團(tuán)隊(duì)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(shí)降低成本,。2017年12月,，工信部等12部門印發(fā)《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計(jì)劃(2017-2020年)》，行動計(jì)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(jì),、試制階段,，利用增材制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)無模設(shè)計(jì)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(jì)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(xiǎn)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。2015年,，汽車行業(yè)專家陳光祖老先生談到3D打印制件時(shí),，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(jì)，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��,，所以可以有無限的設(shè)計(jì)想象空間。

來源：汽車輕量化非金屬材料產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟