汽車(chē)制造中的3D打�,。盒腔鹆窃�進(jìn)行時(shí)

“世界范圍內(nèi)快速成型技術(shù)在汽車(chē)上的應(yīng)用份額占到了31.7%”，一份來(lái)自Industry Week的報(bào)告顯示——也就是說(shuō)全世界近三分之一的3D打印技術(shù)用在了汽車(chē)制造領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年僅在中國(guó)汽車(chē)消費(fèi)就達(dá)到1970萬(wàn)輛，這個(gè)萬(wàn)億級(jí)的龐大市場(chǎng)3D打印占到的份額僅為3.7億美元,。盡管如此，3D打印仍在以星星之火的態(tài)勢(shì)迅速在汽車(chē)領(lǐng)域蔓延,，據(jù)SmarTech預(yù)測(cè),，到2023年這個(gè)市場(chǎng)有望達(dá)到22.7億美元，折合為人民幣則將近150億,。

誰(shuí)在用,？用在哪里,？

3D打印技術(shù)面臨最大的難題便是“看得見(jiàn)卻摸不著”的應(yīng)用市場(chǎng)的開(kāi)拓，然而在上個(gè)世3D打印一經(jīng)面世就很快在汽車(chē)制造領(lǐng)域找到了適合生存的土壤,，并深深地扎根于此,。
福特汽車(chē)上世紀(jì)80年代就已經(jīng)購(gòu)買(mǎi)了3D打印機(jī)，并逐漸建立了3D打印技術(shù)實(shí)驗(yàn)室和五大3D打印原型制造中心,，共有14臺(tái)不同的工業(yè)級(jí)3D打印機(jī),，每年制作的零件高達(dá)2萬(wàn)件。寶馬自1991年起就將“增材制造”科技應(yīng)用于概念車(chē),、原型車(chē)的制作,。蘭博基尼在早期是通過(guò)外包的形式在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)制造中應(yīng)用3D打印技術(shù)。另外,，上海大眾高級(jí)經(jīng)理沈衛(wèi)東也告訴《3D打印世界》,，“大眾汽車(chē)從2003年就開(kāi)始使用3D打印技術(shù)了�,！�

到今天，除了福特,、寶馬,、蘭博基尼、大眾之外,，像通用,、保時(shí)捷、本田,、克萊斯勒,、奔馳、奧迪等,，幾乎所有的整車(chē)廠都在采用快速成型設(shè)備來(lái)滿(mǎn)足汽車(chē)不同階段的研發(fā)需求,。

“我們主要將3D打印應(yīng)用于汽車(chē)新產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中，”沈衛(wèi)東說(shuō),，“其中設(shè)計(jì)階段應(yīng)用得最多,，設(shè)計(jì)部門(mén)將一個(gè)零件在電腦上設(shè)計(jì)出來(lái)以后，我們就可以利用3D打印非�,？焖俚刂圃斐鰧�(shí)體,，然后對(duì)它做一個(gè)快速的評(píng)價(jià)，也有可能會(huì)裝到實(shí)車(chē)上面測(cè)試一下它的性能,，如果設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和裝車(chē)性能都滿(mǎn)足要求的話,，我們就會(huì)凍結(jié)這個(gè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，然后再進(jìn)行批量生產(chǎn),�,！�
從內(nèi)飾到輪胎,、空氣管道、蓋子,、氣動(dòng)模型,、缸體、缸蓋,、燃油系統(tǒng),、殼體等設(shè)計(jì)及功能驗(yàn)證3D打印都可以大展拳腳，因?yàn)樗鼰o(wú)需開(kāi)發(fā)模具便能非�,？焖俚貙⒃�型打印出��(lái),，開(kāi)發(fā)人員能通過(guò)3D打印件靜態(tài)分析和實(shí)車(chē)安裝發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，再和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師技術(shù)溝通,，優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),，提高零件的強(qiáng)度和可制造性，簡(jiǎn)化零件結(jié)構(gòu),，驗(yàn)證技術(shù)結(jié)構(gòu)可行性,，提高產(chǎn)品成熟度。

  隆源-CVT變速箱

三帝打印科技有限公司CEO宗貴升向《3D打印世界》介紹道：“我們?cè)谄��?chē)研發(fā)初期幫助汽車(chē)制造廠設(shè)計(jì)新的發(fā)動(dòng)機(jī),，或者改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)功能,，只要一個(gè)星期時(shí)間，不需開(kāi)模就可以將樣品做出來(lái),�,！比�帝旗下的北京隆源自��(dòng)成型系統(tǒng)有限公司早在2001年便開(kāi)始為汽車(chē)企業(yè)提供缸體、缸蓋,、進(jìn)氣管,、變速箱殼體的RP服務(wù)。

除了設(shè)計(jì)驗(yàn)證之外,，沈衛(wèi)東介紹,，用的比較普遍的是造型模型方面，“汽車(chē)造型有很多3D打印的模型,，出來(lái)的效果幾乎跟真車(chē)差不多,，這樣我們可以對(duì)車(chē)的造型做出有效評(píng)價(jià)，這對(duì)傳統(tǒng)造型模型來(lái)說(shuō)進(jìn)步很大,�,！逼浯危�3D打印還可以在一些輔助檢具和夾具中使用,。

隆源-發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋

然而,，除了在研發(fā)的實(shí)驗(yàn)室階段，近年來(lái)3D打印也逐步發(fā)展到功能零部件的打印,，但僅限于賽車(chē)這種小批量且對(duì)個(gè)性化要求極高的車(chē)種,。像寶馬就為BMW Z4 GT3的一款DTM賽車(chē)3D打印了一個(gè)整體成型的輕金屬水泵轉(zhuǎn)子,，以替代以前使用的塑料材質(zhì)的部件。據(jù)行業(yè)內(nèi)人士介紹,，F(xiàn)1賽車(chē)的進(jìn)氣歧管為復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu),，材料為鎳合金材料，采用傳統(tǒng)加工工藝難以完成,，采用SLM技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)該零件的完全自動(dòng)化一次整體成型,，包含熱處理和精加工，只需一周時(shí)間即可,，功能齊全,，適合高溫高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

從總體來(lái)講,，3D打印在造型評(píng)審,、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件,、多材料復(fù)合零件,、輕量化結(jié)構(gòu)零件、定制專(zhuān)用工裝,、售后個(gè)性換裝件等汽車(chē)方面的應(yīng)用逐漸占到了主導(dǎo)的地位,。

3D打印的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用障礙

“越復(fù)雜的產(chǎn)品使用3D打印來(lái)做就越具有優(yōu)勢(shì)，像發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體,、缸蓋內(nèi)的東西,，使用傳統(tǒng)工藝可能需要花三,、四個(gè)月時(shí)間來(lái)做模具,，但使用我們的無(wú)木模鑄型制造技術(shù)兩個(gè)星期就可以直接出具一件產(chǎn)品，原來(lái)的費(fèi)用都是幾十,、上百萬(wàn),，用我們的技術(shù)就要降低很多了�,！狈鹕椒迦A卓立的常務(wù)副總經(jīng)理,、高級(jí)工程師金楓一句話概括了3D打印相較于傳統(tǒng)手段的優(yōu)勢(shì)——適用于復(fù)雜成形、周期短,、成本低,。這也是3D打印引得這些汽車(chē)廠商趨之若鶩的原因。

現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)的趨勢(shì)是從大規(guī)模批量化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)樾∨�量和個(gè)性化生產(chǎn),，產(chǎn)品的生命周期和投放市場(chǎng)的時(shí)間越來(lái)越短,，在十年前開(kāi)發(fā)一種新車(chē)型需要兩年以上的時(shí)間，而現(xiàn)在一個(gè)汽車(chē)制造商每年就要推出幾種新車(chē)型,，開(kāi)發(fā)一種新車(chē)型用不到一年的時(shí)間,，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),，中國(guó)2014年上市的新車(chē)型就多達(dá)328種。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)如此嚴(yán)酷,，只有盡可能縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造周期才有可能在競(jìng)爭(zhēng)中勝出,，3D打印正是這樣一種先進(jìn)的制造手段，它突破了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)限制,，極大縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期,，同時(shí)大大降低研發(fā)成本，并且同步開(kāi)發(fā),，提升了新產(chǎn)品的可靠性,。

雖然這些優(yōu)勢(shì)使得3D打印在汽車(chē)研發(fā)階段如魚(yú)得水，但業(yè)內(nèi)人士一致認(rèn)為它在大批量生產(chǎn)方面還無(wú)法與傳統(tǒng)的沖壓,、鍛造,、鑄造等工藝比肩，這也使得3D打印在大規(guī)模,、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)的工業(yè)環(huán)境下短時(shí)間內(nèi)無(wú)法順利走出實(shí)驗(yàn)室,。

“3D打印直接制造功能性零部件的局限性還是蠻大的，大眾在批量生產(chǎn)方面并沒(méi)有用到3D打印,，”沈衛(wèi)東表示,，“因?yàn)榕�量生產(chǎn)的車(chē)有很多法規(guī)方面的要求，其次3D打印的材料性能還沒(méi)能達(dá)到批量生產(chǎn)的材料要求,，這是它的一個(gè)缺陷,。”

宗貴升也持相同的觀點(diǎn),，他指出常規(guī)的大批量生產(chǎn)現(xiàn)在用3D打印還是不現(xiàn)實(shí)的,，大批量的高成本、大尺寸,、高性能零部件的直接制造關(guān)鍵核心技術(shù)3D打印還沒(méi)有突破,。另外他還提出一個(gè)有趣的觀點(diǎn)，“3D打印最主要的障礙還是缺少一批懂得3D打印設(shè)計(jì)理念的人,，設(shè)計(jì)師還是傳統(tǒng)的理念,，就像你拿著Ipad去挖土卻怪它不如鐵鍬�,！�
除此之外,，3D打印出來(lái)的零件表面質(zhì)量也存在缺陷，需要后期的拋光,、染色,、電鍍、噴漆等后處理,，而且整個(gè)3D打印的產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成,，這些都會(huì)制約3D打印的順利發(fā)展,。

盡管如此，業(yè)內(nèi)人士對(duì)3D打印的下一步應(yīng)用還是有著明確的認(rèn)識(shí),，“3D打印是整個(gè)汽車(chē)制造里面一個(gè)非常有效的輔助工具,，以后在汽車(chē)研發(fā)中會(huì)越來(lái)越多地應(yīng)用到3D打印，其次,，在批量化方面肯定也會(huì)尋找到一些突破口,，或者與傳統(tǒng)制造相結(jié)合形成更合適的價(jià)格優(yōu)勢(shì)�,！鄙蛐l(wèi)東認(rèn)為,。

作為一家3D打印服務(wù)企業(yè)的領(lǐng)頭人，宗貴升看到的道路更明晰,，他認(rèn)為3D打印一定要往一體化和輕量化設(shè)計(jì)方面去做,，首先突破汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng),、車(chē)輪等高性能零部件直接成型,，并打破汽車(chē)整車(chē)設(shè)計(jì)與制造的理念。

如何看待整車(chē)3D打�,�,？

“3D打印汽車(chē)”無(wú)疑在將3D打印推向神壇的路上加了一把猛火。2013年,，號(hào)稱(chēng)世界上第一輛3D打印汽車(chē)Urbee2問(wèn)世,，吸引了全世界的目光，去年Local Motors在美國(guó)一次制造展會(huì)上當(dāng)著觀眾的面又一次使用3D打印技術(shù)打造了一輛汽車(chē)“Strati”,，今年七月份美國(guó)舊金山的Divergent Microfactories(DM)公司也興致勃勃地推出據(jù)說(shuō)是世界上首款3D打印超級(jí)跑車(chē)“刀鋒(Blade)”,。另外，美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的也用3D打印技術(shù)打造了一輛外形模仿經(jīng)典跑車(chē)謝爾比眼鏡蛇（Shelby Cobra）的跑車(chē),，還得到了美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬的大力贊賞,。甚至,，在國(guó)內(nèi)3月份的時(shí)候也有人“3D打印”一輛概念汽車(chē),。并且，制造方親自示范這些車(chē)確實(shí)可以上路行駛,。

然而,，業(yè)內(nèi)多位專(zhuān)家則表示所謂“3D打印汽車(chē)”不過(guò)爾爾，那么“3D打印汽車(chē)”到底是借勢(shì)宣傳的噱頭還是改變現(xiàn)有汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈的機(jī)遇,？
金楓向《3D打印世界》表示,，“整車(chē)打印現(xiàn)階段是不可能的，汽車(chē)包含的東西太多了,，塑料3D打印技術(shù)可以打印一些操作面板,，金屬3D打印技術(shù)也可以做一些發(fā)動(dòng)機(jī)的零件,，但還是要經(jīng)過(guò)加工以及后面的裝配”，另外,，汽車(chē)?yán)锩孢�包括線路,、電路板、傳感器,，這些是3D打印做不出來(lái)的,，“我們可以做汽車(chē)?yán)锩娴囊恍┝慵�，但整個(gè)打印出來(lái)肯定是不可能的”,，金楓一再否定了“目前”整車(chē)打印的可能性,。

據(jù)《3D打印世界》了解，像Strati僅僅只是底盤(pán),、儀表板,、座椅和車(chē)身等外部零部件由3D打印而成，而其他關(guān)鍵性的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng),、懸架,、電池、輪胎,、車(chē)輪,、線路、電動(dòng)馬達(dá)和擋風(fēng)玻璃是使用常規(guī)的制造方法,，然后再組裝在一起,。

沈衛(wèi)東認(rèn)為這種“3D打印汽車(chē)”更多的是在秀一種技術(shù)，通過(guò)這樣的一個(gè)“概念”來(lái)引領(lǐng)一種潮流,，而且他非常堅(jiān)定地認(rèn)為3D打印技術(shù)只是汽車(chē)整型制造里面的一個(gè)重要的環(huán)節(jié),，不可能替代全部的傳統(tǒng)技術(shù)。

盡管如此,，3DInside Priting全球巡展策展商,、珠海再生時(shí)代董事總經(jīng)理李廣連等行業(yè)人士認(rèn)為，像Urbee2,、Strati這樣有許多3D打印元素參與的汽車(chē)的出現(xiàn)還是有其特定的意義,，它恰好向人們提供了一種汽車(chē)制造的新范式——一體化與輕量化的設(shè)計(jì)是完全可以實(shí)現(xiàn)的，它將原本需要在生產(chǎn)線上組裝上千個(gè)零件集成為幾十個(gè),，而且使用碳纖維或者其他的復(fù)合材料,，汽車(chē)重量大大下降。

而且更加重要的意義在于,，因?yàn)?D打印的參與,，原有的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈也有機(jī)會(huì)得到改變：原本汽車(chē)生產(chǎn)是由全球各地生產(chǎn)零件，再集中到一個(gè)地方進(jìn)行組裝成型，最后再銷(xiāo)往全球,。而“3D打印汽車(chē)”的出現(xiàn)把設(shè)計(jì),、采購(gòu)、制造,、銷(xiāo)售,、回收各個(gè)環(huán)節(jié)都集中在一個(gè)地區(qū)，打破全球供應(yīng)鏈,。正如Local Motors的CEO Justin Fishkin講的,，他將在全球建立100個(gè)微工廠，并將提供一個(gè)平臺(tái),，設(shè)計(jì)師可以將自己的設(shè)計(jì)傳上去,，消費(fèi)者在平臺(tái)上挑選自己喜歡的車(chē)型，點(diǎn)擊進(jìn)購(gòu)物車(chē),，幾天后汽車(chē)就會(huì)自動(dòng)送上門(mén),。也許這聽(tīng)起來(lái)像天方夜譚，但不也正符合了《中國(guó)制造2015》規(guī)劃中所提倡的“互聯(lián)網(wǎng)+”的模式嗎,？

本文來(lái)自《3D打印世界》10月刊

这个太有现实意义了