綜合分析汽車的3D打印技術(shù)

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?

第一 盤點(diǎn)國內(nèi)汽車對3D打印的應(yīng)用現(xiàn)狀

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，3D打印進(jìn)入汽車行業(yè)，沿襲了它唯一的用途就是快速原型。對汽車企業(yè)來說，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。對于車型研發(fā)來說，時(shí)間就是金錢。

總體來說，3D打印以快速原型的角色進(jìn)入汽車行業(yè)，是相對較為深入的。但是，這些應(yīng)用對車企來說是替代性的，而非是革新性的。汽車行業(yè)對3D打印技術(shù)的展望或者說3D打印企業(yè)的野心遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于此。

3D打印汽車儀表盤(圖源：華曙高科)

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

首先通過寶馬Mini Cooper的訂購系統(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，把自己喜歡的名字、圖片刻在自己的愛車上，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))。

相對于研發(fā)階段快速原型，寶馬Mini Cooper使用3D打印創(chuàng)造新的邏輯更加偏向于C端，對車企如何使用3D打印進(jìn)行創(chuàng)新更有啟發(fā)性。

三、直接打印汽車?

美國的Local Motors公司宣稱，直接3D打印汽車。這是一個(gè)宏大的口號(hào)，然而尚未對汽車業(yè)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)的影響：

●說到底，也只是打印一個(gè)外殼而已。

●據(jù)說使用了碳纖維3D打印，實(shí)際上是纖維增強(qiáng)型塑料打印，具體性能、是否能過汽車法規(guī)，是個(gè)問號(hào)。

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。無論是快速原型、個(gè)性定制、修理改裝、外殼打印，這不過都是邊邊角角、錦上添花、可有可無的應(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，沒有任何一個(gè)是3D打印的，那怎么好意思說3D打印突破了汽車行業(yè)呢?

反過來，如果有任何一個(gè)零件是使用3D打印制造出來的，那這一個(gè)零件的產(chǎn)值可能就超過了目前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?就在于航空制造對成本不太敏感。

●3D打印速度慢，而汽車行業(yè)對產(chǎn)能要求高。中國每年要制造3000萬輛汽車，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)考查過汽車上的每個(gè)零件，得到的結(jié)論是：目前車上的所有零件，3D打印都比不過傳統(tǒng)制造工藝。

這個(gè)結(jié)論是對的，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打印能比得過那就奇了怪了!

如果想找到3D打印有優(yōu)勢的零件，必須要把設(shè)計(jì)與工藝結(jié)合起來!

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

大家還記得這個(gè)靈活的機(jī)器人嗎? 這是由Boston Dynamics開發(fā)的。可以理解的是，要實(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，這就是通過拓?fù)鋬?yōu)化來實(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，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，或根本沒用。

●設(shè)計(jì)人才：幾十年以來，無論是工業(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)無異于“大逆不道”—— 根本加工不出來的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出來有什么意義呢?

所以說，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。這一點(diǎn)巨頭造車企業(yè)是把這點(diǎn)玩的行云流水一般，我們簡單距兩個(gè)例子。

1.帝斯曼與豐田汽車公司的全資子公司豐田汽車運(yùn)動(dòng)公司(以下簡稱“TMG”)簽署了“同一個(gè)帝斯曼”技術(shù)合作框架協(xié)議。該協(xié)議涉及帝斯曼所有為汽車行業(yè)提供材料和技術(shù)的業(yè)務(wù)部門，包括工程塑料、迪尼瑪(超高分子量聚乙烯纖維) 和3D 打印技術(shù)包括Somos?光固化3D打印技術(shù)和其他技術(shù)例如FFF等。

TMG是一家高性能汽車開發(fā)、測試和制造公司，提供廣泛的技術(shù)服務(wù)，活躍于多個(gè)賽車領(lǐng)域。其專業(yè)領(lǐng)域之一就是采用增材制造方式(通常稱作 3D 打印)制造產(chǎn)品，應(yīng)用于賽車和外部客戶的產(chǎn)品。

2. 大眾表示，其與惠普(HP)、吉?jiǎng)P恩粉末冶金(GKN Powder Metallurgy)合作開發(fā)的3D打印技術(shù)，根據(jù)不同零件樣式，最快可以達(dá)到50倍于其它3D打印方式的速度。

第一個(gè)例子很明顯就是車企為了解決3D打印材料的瓶頸問題，而豐田在很早就已經(jīng)在TMG這方面進(jìn)行了3D打印的技術(shù)儲(chǔ)備。而第二個(gè)例子更加典型，車企+設(shè)備+材料，車企是非常善于通過各種方式整合產(chǎn)業(yè)資源從而達(dá)到某項(xiàng)技術(shù)在汽車應(yīng)用中的高效化。而國內(nèi)車企絕大部分目前僅僅把3D打印設(shè)備當(dāng)做一個(gè)輔助或者替代設(shè)備，并沒有深入了解。而設(shè)備商也因?yàn)?D打印設(shè)備涉及行業(yè)眾多，應(yīng)用需求高低差距較大導(dǎo)致3D打印設(shè)備商數(shù)量眾多，質(zhì)量也相應(yīng)的有高有低。有些設(shè)備商也只是單純的賣設(shè)備。而不知高科技集成的產(chǎn)品硬件的好壞只是一小部分，甚至于不是最重要的。為什么?我們參考蘋果硬件就知道了，高科技產(chǎn)品核心價(jià)值一直是軟件與方案。誰可以抓住這點(diǎn)誰就可以拿下汽車制造這個(gè)龐大市場。制造!制造!制造!重要的事情說三遍!