第三次革命 3D打印技術(shù)可以打印整車(chē)嗎？

只要3D打印使用的耗材足夠廣泛，它就能創(chuàng)造無(wú)限可能，但目前并非無(wú)所不能，比如它可以打印很多汽車(chē)零件，但不能打印出一整輛車(chē)

第三次革命

當(dāng)看到《007天降殺機(jī)》中那輛1960年的阿斯頓·馬丁DB5被炸成碎片時(shí)，人們不禁要倒吸一口涼氣。事實(shí)上，導(dǎo)演并未“燒包”到將一輛價(jià)值460萬(wàn)美元的豪車(chē)付之一炬，它不過(guò)是展現(xiàn)了一項(xiàng)新技術(shù)——3D打印。

3D打印機(jī)是利用光固化和紙層疊等技術(shù)的快速成型裝置。它與普通打印機(jī)工作原理基本相同，打印機(jī)內(nèi)裝有“打印材料”，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）模型下，一層層地打印物體，從而把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成三維實(shí)體。

世界上第一臺(tái)3D打印機(jī)誕生于1986 年，由美國(guó)人恩里科·迪尼發(fā)明。他成立的3D Systems公司是世界上第一家生產(chǎn)3D打印設(shè)備的公司，所采用的技術(shù)被稱(chēng)為“立體光刻技術(shù)”，利用紫外線(xiàn)照射可將樹(shù)脂凝固成型來(lái)制造物體。

《007天降殺機(jī)》中的阿斯頓·馬丁由3D打印公司Voxeljet完成，以代替使用價(jià)格不菲的阿斯頓·馬丁真車(chē)。他們采用了體積達(dá)8立方米的先進(jìn)的VX4000 3D打印機(jī)，按照1:3的比例打印了3輛阿斯頓·馬丁DB5汽車(chē)模型。

其實(shí)在2011年9月，世界上第一輛“打印汽車(chē)”Urbee就已在加拿大亮相。它使用電池和汽油作為動(dòng)力，搭載單缸發(fā)動(dòng)機(jī)，雖然制動(dòng)功率僅有8馬力，但由于其小巧輕便，最高時(shí)速可達(dá)112公里。

Urbee是一輛橙紅色車(chē)身、三輪、雙座混合動(dòng)力車(chē)，扁長(zhǎng)的外形頗具后現(xiàn)代主義色彩——圓潤(rùn)的流線(xiàn)、黑色的玻璃頂棚，像極了科幻電影中的小型飛行器。底盤(pán)為不銹鋼制成，包括玻璃嵌板在內(nèi)的所有外部組件都是通過(guò)Stratasys 公司的大型3D打印設(shè)備生產(chǎn)。

2012年1月，第90屆布魯塞爾車(chē)展展出了全球首臺(tái)3D打印的賽車(chē)亞利歐，最高時(shí)速141公里。它由比利時(shí)Materialise公司的“猛犸”(Mammoth）3D打印機(jī)打印完成，這種打印機(jī)能夠打印尺寸達(dá)到210厘米×68厘米×80厘米的零部件。

英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》刊文稱(chēng)，“3D打印技術(shù)將與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起，推動(dòng)第三次工業(yè)革命的實(shí)現(xiàn)”。據(jù)稱(chēng)，從器官到鮮肉，再到房子、飛機(jī)，從某種意義上說(shuō)，只要3D打印機(jī)使用的耗材足夠廣泛，它就能創(chuàng)造無(wú)限可能。

美國(guó)《福布斯》雜志報(bào)道稱(chēng)，歐洲飛機(jī)制造公司空客的設(shè)計(jì)師正計(jì)劃從飛機(jī)零部件開(kāi)始，在2050年前達(dá)成3D打印飛機(jī)的計(jì)劃。它還稱(chēng)2012年年底，空客會(huì)在A380客艙里先使用3D打印機(jī)的行李架，而其生產(chǎn)的軍用飛機(jī)“臺(tái)風(fēng)”式戰(zhàn)斗機(jī)，此前已經(jīng)使用了3D打印的空調(diào)系統(tǒng)。

但是3D打印機(jī)并非無(wú)所不能，網(wǎng)絡(luò)上對(duì)新技術(shù)的一些描述并不準(zhǔn)確，有的簡(jiǎn)直是異想天開(kāi)。比如3D打印機(jī)可以打印很多汽車(chē)零件，但不能打印出一整輛車(chē)。

007電影中的阿斯頓·馬丁并非直接被打印出來(lái)，而是先制作了鋼材質(zhì)車(chē)身框架，然后通過(guò)CAD將所有部件數(shù)據(jù)輸入3D打印機(jī)，接著使用PMMA塑料打印出了門(mén)、車(chē)頂、擋泥板等零件，最終通過(guò)對(duì)全部18個(gè)獨(dú)立元件進(jìn)行組裝完成了3個(gè)汽車(chē)模型——其中一個(gè)在電影中“犧牲”了，而余下兩個(gè)中，已有一個(gè)被佳士得拍賣(mài)行拍賣(mài)，價(jià)格讓人訝異的高達(dá)99041美元——超過(guò)拍賣(mài)行預(yù)估的50%。

3D打印的成本與物體的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和體量相關(guān)，物體越大結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，時(shí)間和成本隨之驟升。來(lái)自荷蘭的研發(fā)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)展示了一小塊通過(guò)3D打印制成的肉片——2厘米長(zhǎng)，1厘米寬，1毫米厚。據(jù)稱(chēng)，制作出一整個(gè)漢堡所需的成本是30萬(wàn)美元。

《汽車(chē)商業(yè)評(píng)論(微博)》了解到，現(xiàn)在幾乎所有跨國(guó)汽車(chē)企業(yè)都擁有3D打印設(shè)備，但多用于研發(fā)環(huán)節(jié)，這讓他們?cè)O(shè)計(jì)更加自由也更易創(chuàng)新。

2012年年底至今年初，福特官方連續(xù)公布了兩段視頻，介紹他們?nèi)绾芜\(yùn)用3D打印技術(shù)制造模型及零件。

位于福特汽車(chē)硅谷實(shí)驗(yàn)室中的工程師伊文思（Dave Evans）完成了新的車(chē)輛儀表設(shè)計(jì)，將3D設(shè)計(jì)方案通過(guò)電子郵件發(fā)送給位于迪爾伯恩總部的同事Zac Nelson。而Nelson則使用一臺(tái)被稱(chēng)作MakerBot Thing-O-Matic的設(shè)備，打印出該部件的模型。

福特技術(shù)咨詢(xún)委員會(huì)成員、高級(jí)技術(shù)工程師普拉薩德（K.Venkatesh Prasad）說(shuō)，開(kāi)發(fā)實(shí)體模型是研發(fā)過(guò)程中最好的做法，但這也非常耗時(shí)同時(shí)也很昂貴。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，則讓這一切不再是難題。福特工程師們可以自行制造測(cè)試部件，讓汽車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程的運(yùn)行節(jié)奏更為緊湊，產(chǎn)品推向市場(chǎng)的時(shí)間更短。

目前，福特已經(jīng)試圖大量運(yùn)用3D打印技術(shù)，已知的應(yīng)用了該項(xiàng)技術(shù)的零部件即包括：福特C-MAX和福特福星混合動(dòng)力車(chē)?yán)锏霓D(zhuǎn)子，阻尼器外殼和變速箱；福特翼虎復(fù)合動(dòng)力車(chē)使用EcoBoost四氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)；福特2011版探險(xiǎn)家的剎車(chē)片；福特F-150的3.5L EcoBoost引擎里的排氣導(dǎo)管。

我國(guó)的3D打印技術(shù)的研發(fā)始于1990年代，時(shí)任華中理工大學(xué)（現(xiàn)華中科技大學(xué)）校長(zhǎng)、機(jī)械制造專(zhuān)家黃樹(shù)槐在1991年成立快速制造中心，在1994年研制出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“立體打印機(jī)”。2007年黃樹(shù)槐去世，研發(fā)接力棒交到了史玉升教授手里。

華中科技大學(xué)史玉升研究團(tuán)隊(duì)研制出了基于粉末床的激光燒結(jié)“立體打印”技術(shù)，獲得了2011年國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)，這個(gè)1.2米×1.2米工作面的世界最大“立體打印機(jī)”入選兩院院士評(píng)選的2011年中國(guó)十大科技進(jìn)展獎(jiǎng)。

除了史玉升研究團(tuán)隊(duì)，現(xiàn)在，我國(guó)3D打印機(jī)行業(yè)的科研團(tuán)隊(duì)主要還包括清華大學(xué)顏永年團(tuán)隊(duì)、西安交通大學(xué)盧秉恒團(tuán)隊(duì)和北京航空航天大學(xué)王華明團(tuán)隊(duì)等。

《汽車(chē)商業(yè)評(píng)論》了解到，盡管有些中國(guó)企業(yè)已經(jīng)研制出自己的3D打印機(jī)，也有人提供打印服務(wù)，但似乎沒(méi)有企業(yè)專(zhuān)門(mén)從事材料和軟件的研發(fā)。歐美在材料和軟件研發(fā)方面掌握了許多核心技術(shù)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)跑于中國(guó)乃至亞洲。

快速成型使用的材料大致可為五種類(lèi)型：粉末材料、紙質(zhì)材料、液態(tài)光敏材料、絲狀材料與板材材料。目前國(guó)外材料的價(jià)格較為昂貴，國(guó)內(nèi)也研發(fā)出了一些快速成型材料，但是總體來(lái)說(shuō)與國(guó)外同系列的商品化材料相比，無(wú)論是在品種還是性能上均存在差距。

全球性的3D軟件公司Geomagic首席執(zhí)行官傅蘋(píng)倒是讓中國(guó)人在3D打印技術(shù)方面挽回了不少顏面，她的公司為通用和福特汽車(chē)提供3D技術(shù)支持，但是她在其新書(shū)和相關(guān)采訪(fǎng)中編造過(guò)去苦難史細(xì)節(jié)的行為則連累得讓中國(guó)人不相信這種技術(shù)。但愿傅蘋(píng)個(gè)人之事不會(huì)影響人們對(duì)于3D打印的信心。

在美國(guó)已經(jīng)有打印一些小東西的廉價(jià)3D打印機(jī)銷(xiāo)售，人們對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的熱度越來(lái)越高，相信對(duì)我們未來(lái)的生活也會(huì)越來(lái)越有幫助。不過(guò)，3D打印在目前的中國(guó)究竟能夠走多遠(yuǎn)，我們還需要觀察。