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打印市場報告預測。報告指出，到2022年，全球汽車行業(yè)3D打印市場將達到23.91億美元。在預測期內(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打印消費指南》中指出，產(chǎn)生大部分收入的3D打印應用領域集中在工業(yè)級3D打印領域。例如，2016年，汽車設計和快速原型打印貢獻了最重要的收入(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。3D打印技術(shù)大大降低了制造的復雜度。這種數(shù)字化制造模式不需要復雜的工藝、龐大的機床及眾多的人力，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)的機加工制造就適用于大規(guī)模、需要量產(chǎn)的部件，并廣泛應用在幾乎所有領域;目前3D打印適于小批量、造型復雜的非功能性零部件，大多在汽車、航天等領域內(nèi)用于制造樣件和模具等。從使用材料看，傳統(tǒng)機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：

形狀復雜性。傳統(tǒng)機械制造是基于削、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。幾乎任意復雜的形狀，只要在三維設計軟件中設計出來，就能通過3D打印技術(shù)制造出來。

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

功能復雜性。對于結(jié)構(gòu)復雜的零件，3D打印技術(shù)可以實現(xiàn)整體打印成形，避免了將一個復雜零件進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。

縱觀當今的汽車行業(yè)因為受制于其傳統(tǒng)制造技術(shù)，從最初設計到投入生產(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)和制造的時間就占到16個月，費用更是億元級別。并且由于開發(fā)時間長，傳統(tǒng)汽車制造商很難準確預測38個月后產(chǎn)品發(fā)布時用戶的行為，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計風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)品設計具有重大的推進作用。

汽車行業(yè)正在面臨深刻變化，比如傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車正在向純電動、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)大部分用于汽車主要還是新車研發(fā)測試模型或裝飾上，主要還是因為：

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打印機購置成本在數(shù)十萬元到上百萬元，應用成本過高是目前3D打印技術(shù)應用普及化及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大瓶頸。


3.部件從設計制作到應用不是一個人能做到，需要汽車部件設計人員，材料研發(fā)人員，3D設計人員等組成團隊共同協(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打印應用在汽車制造中需要先解決關健部件的材料研發(fā)生產(chǎn)，同時降低成本。2017年12月，工信部等12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;要在汽車新品設計、試制階段，利用增材制造技術(shù)實現(xiàn)無模設計制造，縮短開發(fā)周期。采用增材制造技術(shù)一體化成型，實現(xiàn)復雜、關鍵零部件輕量化;在專用材料、工藝裝備等產(chǎn)業(yè)鏈重要環(huán)節(jié)關鍵核心技術(shù)與國際同步發(fā)展，部分領域達到國際先進水平。通過“增材制造與激光制造”國家重點研發(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)裝備保險補償?shù)日�策，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，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計，然后通過3D打印制造出來組裝，因為不是用相同的模具做出來的，所以可以有無限的設計想象空間。

來源：汽車輕量化非金屬材料產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟