3D 打印離汽車制造還有多遠(yuǎn),？工藝變革必須與設(shè)計(jì)變革結(jié)合起來(lái),，才有可能創(chuàng)造價(jià)值。

文： 知乎 | 張抗抗,，清華大學(xué)汽車工程系本科,、博士，南極熊3D打印智庫(kù)成員,。

在媒體的推波助瀾下,，3D 打印以高科技產(chǎn)業(yè)的形象出現(xiàn)在公眾面前,，在 2013 年后的媒介影響力達(dá)到了頂峰。而實(shí)際上,，3D 打印在本質(zhì)上仍是制造技術(shù)的一種,。近幾年發(fā)展速度很快，但產(chǎn)業(yè)規(guī)模仍然不到整個(gè)制造業(yè)的一個(gè)零頭,。

汽車制造,，在制造業(yè)中可謂是規(guī)模最大、綜合要求最高,。若 3D 打印有朝一日在汽車領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,，那我們就可以說(shuō) 3D 打印真的站穩(wěn)腳跟了。那么,，3D 打印離汽車制造還有多遠(yuǎn)呢,？

盤點(diǎn) 3D 打印的汽車應(yīng)用
一、快速原型
3D 打印最早的時(shí)候,，叫做快速原型(Rapid Prototyping)技術(shù),。原因在于：那時(shí)候它唯一的用途就是做快速原型，也就是設(shè)計(jì)驗(yàn)證,、裝配驗(yàn)證,、功能驗(yàn)證等。

近年來(lái),，3D 打印進(jìn)入汽車行業(yè),，最自然而然的方式就是快速原型。對(duì)汽車企業(yè)來(lái)說(shuō),，用 3D 打印做快速原型,，不一定更便宜，但一定會(huì)節(jié)省時(shí)間,。對(duì)于車型研發(fā)來(lái)說(shuō),，時(shí)間就是金錢。

3D 打印儀表盤殼體 圖片來(lái)源: 武漢薩普

3D 打印 + 后處理 電子電器系統(tǒng)殼體

金屬 3D 打�,。嚎梢赃M(jìn)行功能驗(yàn)證

總體來(lái)說(shuō),，3D 打印以快速原型的角色進(jìn)入汽車行業(yè)，是相對(duì)較為深入的,。但是,，這些應(yīng)用總體來(lái)說(shuō)是替代性的，而非是革新性的,。3D 打印的野心不止于此,。

二、個(gè)性化定制
3D 打印可以個(gè)性化定制，為每個(gè)消費(fèi)者提供獨(dú)一無(wú)二的汽車,。然而,，這同時(shí)會(huì)增加額外的成本，消費(fèi)者是否愿意為這部分成本買單呢,？

寶馬 Mini Cooper 的一個(gè)成功案例給出了答案：
寶馬 Mini Cooper 的 3D 打印定制 https://www.zhihu.com/video/1042471362841092096

首先通過(guò)寶馬 Mini Cooper 的訂購(gòu)系統(tǒng),，可以設(shè)計(jì)自己喜歡的文字、圖案,。

下單之后,，會(huì)收到制作好的零件。不需要專門的技師,，自己就可以安裝,。

不得不說(shuō)，把自己喜歡的名字,、圖片刻在自己的愛(ài)車上,，這種“官方改裝”服務(wù)還是挺令人動(dòng)心的。價(jià)格也不貴,，才 149 歐元（總共 4 個(gè)部件,，3D 打印是其中兩個(gè)）。

相對(duì)于快速原型,，寶馬 Mini Cooper 使用 3D 打印創(chuàng)造了新的價(jià)值,，更有啟發(fā)性。

三,、老爺車 / 事故車改裝與修復(fù)
這個(gè)邏輯很通順,，停產(chǎn)的老爺車如果壞了，修理起來(lái)是一件麻煩的事情,，這時(shí)候就需要 3D 打印,。事故的拍賣車,，部分零件也很難找,，可能就需要 3D 打印派上用場(chǎng)。不同的是,，事故拍賣車的修復(fù),，對(duì)成本更敏感——若修復(fù)成本比汽車殘值還高，我何必修復(fù)呢,？

這部分應(yīng)用的資料我目前掌握得較少,，以后找到了再補(bǔ)上。

四,、直接打印汽車,？
美國(guó)的 Local Motors 公司宣稱，直接 3D 打印汽車,。這是一個(gè)宏大的口號(hào),，然而尚未對(duì)汽車業(yè)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)的影響：說(shuō)到底,，也只是打印一個(gè)外殼而已。


據(jù)說(shuō)使用了碳纖維 3D 打印,，實(shí)際上是纖維增強(qiáng)型塑料打印,，具體性能、是否能過(guò)汽車法規(guī),，是個(gè)問(wèn)號(hào),。

Local Motor 3D 打印汽車

中國(guó) XEV 也是要 3D 打印汽車，很明顯在商業(yè)模式上要比 Local Motors 想得更清楚一些,，而且在設(shè)計(jì)上更能發(fā)揮出 3D 打印的優(yōu)勢(shì),。當(dāng)然，要想落實(shí)到應(yīng)用,，這仍然不是一件容易的事情,。

詳細(xì)見(jiàn)這篇文章 ：https://zhuanlan.zhihu.com/p/34481531

XEV 的 3D 打印汽車

突破汽車核心應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)？
如果你是一名汽車工程師,，在看到上述 4 方面的 3D 打印應(yīng)用之后,，我猜你可能已經(jīng)不耐煩了。其實(shí),，我也是汽車工程師,，我都不耐煩了：無(wú)論是快速原型、個(gè)性定制,、修理改裝,、外殼打印，這不過(guò)都是邊邊角角,、錦上添花,、可有可無(wú)的應(yīng)用啊,！

能不能講重點(diǎn)呢,？
如果要突破汽車的兩個(gè)核心應(yīng)用，逃不過(guò)兩個(gè)關(guān)鍵詞：量產(chǎn)與輕量化,。

第一點(diǎn)很好理解,，如果汽車的上千個(gè)零件中，沒(méi)有任何一個(gè)是 3D 打印的,，那怎么好意思說(shuō) 3D 打印突破了汽車行業(yè)呢,？反過(guò)來(lái)，如果有任何一個(gè)不太小的零件使用了 3D 打印來(lái)制造,，這一個(gè)零件的產(chǎn)值可能就超過(guò)了目前 3D 打印整個(gè)行業(yè),。

然而，想找到這個(gè)量產(chǎn)應(yīng)用的點(diǎn)，何其困難,？
3D 打印成本高,，而汽車行業(yè)對(duì)成本極其敏感。 為何 3D 打印率先在飛機(jī)制造上率先使用,？就在一汽車制造對(duì)成本不太敏感,。
3D 打印速度慢，而汽車行業(yè)對(duì)產(chǎn)能要求高,。 中國(guó)每年要制造 3000 萬(wàn)輛汽車,，而空客每年才制造不到 1000 架飛機(jī)。
除非,，3D 打印能創(chuàng)造獨(dú)特的價(jià)值,。

有人逐個(gè)考查過(guò)上的汽車每個(gè)零件，得到的結(jié)論是：目前車上的所有零件,，3D 打印都比不過(guò)傳統(tǒng)制造工藝,。

這個(gè)結(jié)論是對(duì)的，但有一個(gè)誤區(qū),。那就是,，設(shè)計(jì)與工藝是密不可分的，車上所有的零件都是依據(jù)傳統(tǒng)制造工藝設(shè)計(jì)的,，3D 打印能比得過(guò)那就奇了怪了,！如果想找到 3D 打印有優(yōu)勢(shì)的零件，必須要把設(shè)計(jì)與工藝結(jié)合起來(lái),！

為了方便理解,，在此舉個(gè)例子：

波動(dòng)頓動(dòng)力機(jī)器人后空翻 https://www.zhihu.com/video/1042482885630078976

大家還記得這個(gè)靈活的機(jī)器人嗎？ 這是由 Boston Dynamics 開(kāi)發(fā)的,�,？梢岳斫獾氖牵�要��(shí)現(xiàn)這樣的壯舉,，不僅需要牛逼的控制算法,，機(jī)器人本身的輕量化也非常重要。

那些輕功不錯(cuò)的武俠人士,，一般都不是胖子,，不是嗎,？

波士頓副總裁亞倫桑德斯指出,，輕量化的秘密，就在于 3D 打印,。3D 打印出的鋼,、鋁，并不會(huì)比沖壓、鑄造出來(lái)的密度更低,，要想實(shí)現(xiàn)輕量化,，必須在設(shè)計(jì)上下功夫。

讓我們看看 3D 打印讓機(jī)器人的腿,，獲得了什么樣的進(jìn)化：

拓?fù)鋬?yōu)化與晶格結(jié)構(gòu): 右腿的“骨骼”有一個(gè)明顯的中空部分,，這就是通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)輕量化；“骨骼”部分采用晶格結(jié)構(gòu),，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)輕量化,。這些工作，用鑄造或機(jī)加工,，都很難實(shí)現(xiàn),。

內(nèi)部流道：左腿的液壓管是暴露在外部的，而右腿中,，則直接集成到了“骨骼”內(nèi)部,，不僅更加可靠，還節(jié)省了固定液壓管的重量與體積,。

從波士頓機(jī)器腿部的進(jìn)化,，我們可以看出：工藝變革必須與設(shè)計(jì)變革結(jié)合起來(lái)，才有可能創(chuàng)造價(jià)值,。

回到汽車行業(yè),，燃油汽車的輕量化可以減少油耗與污染，而電動(dòng)汽車的輕量化更為重要——可以緩解續(xù)航問(wèn)題,。

盡管存在潛在的需求,，但將 3D 打印應(yīng)用到汽車行業(yè)還是困難重重。除了 3D 打印技術(shù)本身需要在成本,、速度上進(jìn)一步提升之外,，設(shè)計(jì)人才、設(shè)計(jì)軟件的進(jìn)化也刻不容緩,。

設(shè)計(jì)軟件：傳統(tǒng)的 CAD 軟件,，大多是針對(duì)傳統(tǒng)制造方式設(shè)計(jì)的，像拓?fù)鋬?yōu)化,、晶格結(jié)構(gòu)這種功能還比較難用,，或根本沒(méi)用。
設(shè)計(jì)人才：幾十年以來(lái),，無(wú)論是工業(yè)設(shè)計(jì)還是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),，都是依據(jù)傳統(tǒng)工藝發(fā)展出的設(shè)計(jì)理念。在傳統(tǒng)理念中,，3D 打印的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與晶格結(jié)構(gòu)無(wú)異于“大逆不道”—— 根本加工不出來(lái)的結(jié)構(gòu),，設(shè)計(jì)出來(lái)有什么意義呢,？

所以說(shuō)，這不僅僅是 3D 打印一個(gè)行業(yè)的事業(yè),，而是需要多個(gè)領(lǐng)域跨界融合,，才能推動(dòng)得快一些。

文： 知乎 | 張抗抗,，清華大學(xué)汽車工程系本科,、博士，南極熊3D打印智庫(kù)成員,。

嚴(yán)重同意,，非常有道理！