3D科學(xué)谷王曉燕：3D打印在汽車領(lǐng)域的結(jié)合點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)化機(jī)會(huì)

AMCC2018杭州大會(huì)的高峰論壇，“汽車工業(yè)增材制造發(fā)展論壇”。南極熊3D打印網(wǎng)小編現(xiàn)場(chǎng)聆聽了專家們的演講。下面是現(xiàn)場(chǎng)速記的文字記錄。


3D科學(xué)谷創(chuàng)始人王曉燕發(fā)言。

    王曉燕：大家下午好！我主要跟大家介紹一下3D打印在汽車領(lǐng)域的結(jié)合點(diǎn)，以及它的一些產(chǎn)業(yè)化的機(jī)會(huì)。
    我想了解一下，在座的各位有哪些是汽車廠的，或者給汽車廠做配套的，有嗎？
    如果談到3D打印在汽車行業(yè)的應(yīng)用，可能我們需要去了解，它也像一個(gè)小孩子一樣，是一步一步的過程。汽車是最早用3D打印技術(shù)的，比航空航天和醫(yī)療都要早，那個(gè)時(shí)候用的比較多的就是剛才各位專家提到過的設(shè)計(jì)原型這一塊。同時(shí)再往汽車后市場(chǎng)以及輕量化的零件，以及眾包汽車設(shè)計(jì)與制造方向去發(fā)展。大家可能覺得很奇怪為什么會(huì)有這樣的發(fā)展趨勢(shì)，我們需要去了解3D打印的特點(diǎn)。
    先看一下這個(gè)市場(chǎng)。根據(jù)Smartech報(bào)告，可以說這個(gè)市場(chǎng)跟汽車行業(yè)相比很小，到2013年有望達(dá)到22.7億美金。這塊是我們需要去看一看它的市場(chǎng)發(fā)展是根據(jù)什么推導(dǎo)出來的，所以我們需要了解3D打印技術(shù)的特點(diǎn)。我不知道在座各位有沒有了解，因?yàn)樗�是一大類技術(shù)，在這一類技術(shù)里面有打塑料的、金屬的，還有打砂子的孩子陶瓷的，這里面又有不同的材料。即便是這樣，這一大類的3D打印技術(shù)都有一個(gè)共同的特點(diǎn)。
    第一個(gè)特點(diǎn)，它不需要模具，也就是去模具化，去模具化就帶來一個(gè)很好的應(yīng)用場(chǎng)景，如果不需要模具的話3D打印最適合用來做什么？小批量的生產(chǎn)，小批量包括原型、定制、備品備件，這個(gè)領(lǐng)域都非常適合它。但是我們通常會(huì)忽略3D打印另外一個(gè)非常具有潛力的特點(diǎn)，就是它對(duì)復(fù)雜性的邊際成本幾乎是不敏感的，幾乎是零。
    （PPT圖示）看一下這個(gè)圖表�？v坐標(biāo)是它的成本，橫坐標(biāo)是產(chǎn)品的復(fù)雜性。比如拿我們經(jīng)常喝的礦泉水瓶子舉例，這是一個(gè)非常簡單的產(chǎn)品，它有沒有必要通過3D打印來完成呢？基本上沒有必要，因?yàn)樗�太簡單了。但是如果我們做一個(gè)非常非常復(fù)雜的產(chǎn)品，通過3D打印來做就非常有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗�基本上是按照你耗費(fèi)了多少材料的方式來計(jì)算它的價(jià)格。所以產(chǎn)品越復(fù)雜，用3D打印來做越具有優(yōu)勢(shì)。
    另外一塊我們比較容易忽略3D打印的，因?yàn)樵谥圃鞓I(yè)的時(shí)候，大家容易看我在生產(chǎn)的時(shí)候要花多少時(shí)間，比如我要做一個(gè)汽車渦輪增壓的葉輪，你會(huì)看加工節(jié)拍。但是3D打印帶給我們另外一種方式，就是我們關(guān)注它不僅僅關(guān)注它在制造過程中的加工節(jié)拍怎么樣的，它消耗了什么樣的材料，比如這個(gè)產(chǎn)品是一個(gè)功能集成性的產(chǎn)品，減少了組裝過程，也減少了人工成本，減少了反復(fù)檢測(cè)的成本，也避免了精度跑偏的問題。如果它用在航空航天或者汽車，帶來的直接好處是可以減少燃油的消耗，尤其現(xiàn)在汽車行業(yè)在走電動(dòng)化的汽車，3D打印跟汽車的結(jié)合點(diǎn)就更值得探索，我們覺得它有很多的商業(yè)結(jié)合點(diǎn)。因?yàn)槿绻�是一個(gè)金屬的車身，本身對(duì)于電動(dòng)車來說重量也是不一樣的。
    （PPT圖示）我們大概把應(yīng)用分成幾塊，是3D打印非常具有優(yōu)勢(shì)的。這就回到3D打印技術(shù)本身，我們需要對(duì)它有一個(gè)非常明確的了解，因?yàn)椴⒉皇敲恳粯蛹夹g(shù)都適合汽車行業(yè)，也并不是每一樣技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用都達(dá)到了一定的成熟度，有的技術(shù)可能還是屬于一個(gè)比較初級(jí)的水平，有的技術(shù)已經(jīng)完全可以用在汽車行業(yè)了。在這里比較常用的，大家談?wù)摫容^多的是粉末床熔融技術(shù)，當(dāng)然這是一大類，在這一類里面還包括把金屬完全熔化掉，談?wù)摳�多的是DMLS技術(shù)，如果大家有興趣可以進(jìn)行比較深入的了解。這塊如果要想取代傳統(tǒng)的鑄造，目前來看可行性不大，因?yàn)殍T造成本和直接用3D打印打印出來金屬連件，價(jià)格不是5和6的區(qū)別，是一個(gè)量級(jí)的差別。包括粘結(jié)劑的噴射，用在汽車行業(yè)比較多的是粘砂子或者亞克力的樹脂，這可能是產(chǎn)業(yè)化的切入點(diǎn)。當(dāng)然也不是規(guī)模的應(yīng)用，但是我們所知道的，西門子為了它的電動(dòng)機(jī)殼體，在中國投了很多條生產(chǎn)線，這個(gè)殼體設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，它們也采用了3D打印商模的方式，把這個(gè)殼體快速制造出來。還有噴射方面，噴射也是我們非常感興趣的一塊，因?yàn)樗�主要是在塑料這塊的打印，它的直觀好處是生產(chǎn)效率非常高，這就帶來比較好的想象空間，就是塑料可能會(huì)更多用于汽車方面。
    （PPT圖示）這是稍微小眾一點(diǎn)的技術(shù)，我不詳細(xì)介紹了。把這些技術(shù)羅列在這兒的目的是什么呢？大家可能看到每一樣技術(shù)的時(shí)候都需要去理解這個(gè)技術(shù)本身的特點(diǎn)，這是非常重要的。因?yàn)榫臀覀�(gè)人經(jīng)驗(yàn)來講，我去過一些做3D打印產(chǎn)品設(shè)備的廠商，會(huì)把兩種技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品的價(jià)值是不一樣的放在一起比較功率和技術(shù)方面的參數(shù)，在我們看來這是毫無意義的，因?yàn)槟阕龅漠a(chǎn)品特點(diǎn)都不一樣。
    （PPT圖示）這么多的技術(shù)，跟它所加工的材料不同，它用于汽車領(lǐng)域的一些產(chǎn)品或者用于汽車領(lǐng)域的階段也是不一樣的。
    舉個(gè)例子，比如發(fā)動(dòng)機(jī)的制造，我們現(xiàn)在開的車發(fā)動(dòng)機(jī)基本上是通過鑄造的方式，再通過機(jī)加工就得到了這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)檫@是最具有成本效益的。3D打印用在這個(gè)領(lǐng)域也是有不同方式的，因?yàn)?D打印技術(shù)分化特別厲害。有一種方式，3D打印出一個(gè)熔模，通過在塑料外面包覆一定耐火的材料，把塑料這塊燒掉，燒掉以后就可以得到一個(gè)型殼，再把熔融技術(shù)鑄進(jìn)去，這是鑄造的過程。也可以打印一個(gè)砂模，然后直接鑄造，當(dāng)然成本比較高。也可以直接3D打印金屬粉末，來做發(fā)動(dòng)機(jī)。
    （PPT圖示）目前國內(nèi)做設(shè)備的非常多，我們把它放在這里，因?yàn)?D打印最大的價(jià)值是它的應(yīng)用，而不是這個(gè)設(shè)備，這個(gè)設(shè)備市場(chǎng)是不可能大的。所以有這么多企業(yè)都跑到這個(gè)市場(chǎng)來，這后面應(yīng)該會(huì)有一個(gè)洗牌的過程。
    （PPT圖示）這是一個(gè)老爺車，已經(jīng)不能動(dòng)了，但是通過逆向工程，可以重新把發(fā)動(dòng)機(jī)澆鑄出來。以及剛才提到3D打印，它雖然是無模的，但是3D打印是可以打印模具的，為什么要打印模具？尤其是快速模具，因?yàn)樵谄�車廠開發(fā)一個(gè)汽車的時(shí)候，它開發(fā)的節(jié)奏要求是非常緊的。這時(shí)候如果只是用3D打印來打印出來一個(gè)產(chǎn)品作為原型，有可能不是真材，就是最后用在汽車上面的那個(gè)材料。因?yàn)槟壳拔覀兛梢源虻乃芰喜牧线�是比較有限的，這個(gè)時(shí)候就需要用3D打印打印出一個(gè)模具來，也有可能這個(gè)模具是金屬的，也有可能是陶瓷的，也有可能是塑料的，然后用作快速模具，把這個(gè)真正的汽車上要使用的，比如TPU的材料，把它注塑出來。
    （PPT圖示）這是一些原型，已經(jīng)應(yīng)用很多年了，那么3D打印的趨勢(shì)是什么？我們做的原型越來越逼真了。
    在國外有個(gè)性化的定制，有一些平臺(tái)是要做開源的汽車，也就是說汽車不再是生產(chǎn)完了以后大家挑我要買什么樣的汽車，而是設(shè)計(jì)過程當(dāng)中通過這個(gè)平臺(tái)提交一些我想要的汽車，個(gè)性化要求可以幫助實(shí)現(xiàn)。
    當(dāng)然有一些高級(jí)的車，因?yàn)槠�車到最后大家買的時(shí)候，大家不可能特別了解你的發(fā)動(dòng)機(jī)或者內(nèi)部技術(shù)怎么樣。作為普通的消費(fèi)者，去了就是看漂不漂亮，有的汽車廠商另辟蹊徑，把3D打印作為一種個(gè)性化的實(shí)現(xiàn)方式，賓利也在做這個(gè)事情，法國的標(biāo)致也在做這個(gè)事情。
    談到輕量化，豐田汽車與Materialise共同開發(fā)了汽車座椅，它很透氣，因?yàn)楝F(xiàn)在的汽車座椅并不透氣，坐起來并不舒服。另外是把發(fā)動(dòng)機(jī)整體氣缸改掉了，里面有很多散熱的結(jié)構(gòu)，這也算是一個(gè)趨勢(shì)，當(dāng)然它的價(jià)格太貴了，也不可能在短時(shí)間內(nèi)商業(yè)化。
    （PPT圖示）這個(gè)車把自然界的仿生靈感應(yīng)用到汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域，這也是一個(gè)探索的方向。尤其是把汽車的前端通過金屬粉末的3D打印，把它打好組裝起來了。這也是一個(gè)探索，并沒有被商業(yè)化。
    （PPT圖示）這是一個(gè)已經(jīng)商業(yè)化的案例，剛才薛總也提到過，是在國外的一個(gè)跑車。車最大的重量是來自于車身，尤其是底盤，如果底盤能夠得到非常大明顯的減重，對(duì)于電動(dòng)車來說是具有很明顯效果的，整個(gè)底盤是3D打印的鋁合金和碳纖維的塑料管，像樂高一樣組裝起來。它已經(jīng)在上海建廠了，這個(gè)車會(huì)用作分時(shí)租賃的車。當(dāng)然它也可以用作再制造，這也是因?yàn)?D打印無�；�的特點(diǎn)。
    我們把電動(dòng)車單獨(dú)提出來，因?yàn)槲覀冎�道傳統(tǒng)汽車廠，如果想采取3D打印技術(shù)的話供應(yīng)鏈非常復(fù)雜，任何一個(gè)企業(yè)都不可能從一個(gè)山峰直接跳到另外一個(gè)山峰，它要有一個(gè)下山的過程，然后再有一個(gè)上山的過程。對(duì)于現(xiàn)有供應(yīng)鏈體系來說3D打印都是一個(gè)非常大的挑戰(zhàn)，電動(dòng)車是一個(gè)全新的市場(chǎng)，并不僅僅是換掉了一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)那么簡單，它更可能采用3D打印技術(shù)。它的市場(chǎng)也是非常可觀的，在未來20年內(nèi)電動(dòng)汽車市場(chǎng)占有率將從2提升到92%的市場(chǎng)份額。
    3D打印與電動(dòng)車的結(jié)合點(diǎn)，也不僅僅去打一些塑料的產(chǎn)品，它還是非常有發(fā)展?jié)摿Φ�，因�(yàn)閷?duì)于電動(dòng)車來說，包括它的齒輪箱、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，都可以變得更加集成，更加精密，甚至更加薄壁化，包括它的散熱器，可以提高散熱器的效率。
    （PPT圖示）說到散熱器，商業(yè)化的案例已經(jīng)有了，這兩家公司就是用3D打印來打印電動(dòng)汽車的散熱器。在國外也已經(jīng)探索用3D打印來做汽車的電力驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)。這就是電動(dòng)汽車非常核心的東西。
    通用汽車通過3D打印來做仿生力學(xué)結(jié)構(gòu)的支架，對(duì)于寶馬汽車來說，它已經(jīng)有一個(gè)量產(chǎn)的案例。我們的感覺，對(duì)汽車減重能減多少呢？應(yīng)該是微乎其微的，但是對(duì)買這個(gè)車的人，就給了他一個(gè)理由買這個(gè)車，因?yàn)榭雌饋矸浅Ｆ�亮，也很酷。這是當(dāng)前3D打印可以進(jìn)入汽車產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域的一個(gè)結(jié)合點(diǎn)。
    （PPT圖示）這是剛才我們所介紹的，碳纖維管和鋁合金的，它是這樣做了汽車的底盤。
    國外工廠也變得更加小型化了，這是發(fā)生在我們身邊的趨勢(shì)，也就是社區(qū)工廠，提供的是定制化的汽車服務(wù)，對(duì)于消費(fèi)者來說，通過互聯(lián)網(wǎng)就可以下訂單，也可以通過互聯(lián)網(wǎng)去提交他的要求。
    講了這么多，理想很完美，現(xiàn)實(shí)很殘酷。3D打印真的想進(jìn)入到汽車領(lǐng)域，除了標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)槠�車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也很嚴(yán)格，你要拿到這些標(biāo)準(zhǔn)是非常難的。但是從量上來講，從小批量的十幾個(gè)增加到一百萬個(gè)，這是有一個(gè)巨大的量變的挑戰(zhàn)，因?yàn)闄C(jī)器的尺寸也沒有辦法去做特別大的零件，精度現(xiàn)在還需要后加工。材料的選擇，汽車領(lǐng)域用的在料，目前也并不是3D打印為主流的材料。它的效率也沒有辦法跟傳統(tǒng)的加工效率比，以及它的成本也是很大的因素，因?yàn)樗�的成本不能單�?dú)看3D打印成本，還要看它的后處理成本，有的時(shí)候后處理成本甚至和3D打印成本是一樣的。
    3D科學(xué)谷跟汽車工程協(xié)會(huì)有一個(gè)合作，我們有一個(gè)《3D打印與汽車行業(yè)技術(shù)發(fā)展報(bào)告》，大家有興趣可以關(guān)注這個(gè)書，今年會(huì)通過機(jī)械工業(yè)出版社出版一本《3D打印與工業(yè)制造》的書。
    我就介紹這些，感謝大家對(duì)3D科學(xué)谷的關(guān)注，謝謝。

主持人：謝謝王總精彩地發(fā)言，同時(shí)帶來那么多的案例。從零部件到整車制造的案例，其實(shí)3D打印雖然還沒有進(jìn)入規(guī)模生產(chǎn)，但技術(shù)已經(jīng)滲透到了各行各業(yè)，尤其是在制造業(yè)里邊。這里邊也說到了新的消息，就是寶馬旗下品牌迷你，明年會(huì)把3D打印作為迷你車型標(biāo)準(zhǔn)的定制技術(shù)，所以以后買迷你里面有幾塊是用戶可以選制和定做的，可以定做的部分都是由3D打印出來的，所以它已經(jīng)開始批量化生產(chǎn)了。另外像超跑，保時(shí)捷，3D打印將會(huì)在保時(shí)捷里面大范圍使用，從內(nèi)飾件開始，法拉力等等都會(huì)利用3D打印做更好的產(chǎn)品，同時(shí)有更便宜、更經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)效益。