隨著“工業(yè)4.0”概念的不斷發(fā)布，3D打印作為革命的核心技術(shù)支撐之一，近年來(lái)又一次推向市場(chǎng)，并在許多行業(yè)得到應(yīng)用。汽車(chē)零部件制造是三維打印技術(shù)的關(guān)鍵推廣領(lǐng)域，處于制造業(yè)的重要地位。那么，目前3D打印技術(shù)在汽車(chē)工業(yè)中的研究和應(yīng)用呢?目前最大的技術(shù)瓶頸是什么?未來(lái)將采取什么形式?這類(lèi)問(wèn)題也受到業(yè)界的熱烈討論。

3D打印是什么?

在討論3D打印車(chē)之前，推廣了3D打印的概念：3D打印是一種快速原型技術(shù)，也稱(chēng)為材料添加制造技術(shù)，該技術(shù)基于數(shù)字模型文件，并使用諸如粉末金屬或塑料之類(lèi)的粘合材料來(lái)逐層構(gòu)造對(duì)象層。與普通打印機(jī)相比，3D打印機(jī)的“墨水”是原材料，它通過(guò)堆疊幾層材料來(lái)實(shí)現(xiàn)三維效果。許多人把這個(gè)過(guò)程比作構(gòu)建塊，它們有點(diǎn)相似。

深度解讀：3D打印技術(shù)在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用

在3D打印方面，難免會(huì)有人將其與數(shù)控技術(shù)進(jìn)行比較，數(shù)控技術(shù)被譽(yù)為“當(dāng)今機(jī)械加工制造領(lǐng)域的經(jīng)典工作”。在葛世偉的課堂討論中，徐曉舒博士指出這兩種技術(shù)是不同的。三維打印是一種附加的材料制造，用于增加相應(yīng)的材料來(lái)塑造工件。數(shù)控是一種材料減縮制造，是去除多余的材料形成工件。他們都有各自的優(yōu)勢(shì)。數(shù)控系統(tǒng)的加工精度高于三維打印，三維打印可制造零件的復(fù)雜度遠(yuǎn)高于數(shù)控系統(tǒng)。三維打印是傳統(tǒng)處理方法的重要補(bǔ)充。它的主要功能不是替代而是補(bǔ)充，所以三維打印和數(shù)控結(jié)合是一種很好的形式。

3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于，通過(guò)消除開(kāi)放式模具連接的發(fā)展，縮短新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，可以為復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件節(jié)省更多的人力、財(cái)力和時(shí)間。此外，三維打印技術(shù)可以使金屬零件的力學(xué)性能和精度達(dá)到鍛件的指標(biāo)，保證汽車(chē)零部件的精度和強(qiáng)度要求。

3D打印繼續(xù)升級(jí)，但仍不適合批量生產(chǎn)

觀看過(guò)007系列的最新電影SkyFall的觀眾肯定會(huì)對(duì)1960年阿斯頓馬丁DB5汽車(chē)被炸成碎片的事實(shí)感到不滿。事實(shí)上，燒毀的豪華車(chē)是由3D打印技術(shù)制造的。

事實(shí)上，3D打印不是一個(gè)新概念，已經(jīng)近三十年了，但是3D打印車(chē)的出現(xiàn)并不遠(yuǎn)離我們。2013年上半年，一輛名為Urbee2的汽車(chē)誕生，其前身Urbee最早于2010年推出。然而，當(dāng)時(shí)由于種種問(wèn)題，它只是處于概念階段。URBEE 2包含50多個(gè)3D打印組件，但這比傳統(tǒng)的制造過(guò)程更簡(jiǎn)單。除了底盤(pán)、動(dòng)力系統(tǒng)和電子設(shè)備外，超過(guò)50%的車(chē)輛都是用ABS塑料印制的。URBEE2花了2500個(gè)小時(shí)，這意味著花了100天時(shí)間才能打印出這樣的車(chē)日和夜晚。

2014年，當(dāng)?shù)仄?chē)公司推出了Strati(Strady)3D打印車(chē)的升級(jí)版。這款車(chē)的第一個(gè)改進(jìn)是它的底盤(pán)也采用了三維打印技術(shù)，隨后它的打印時(shí)間僅為44小時(shí)。隨著裝配時(shí)間的增加，最新數(shù)據(jù)表明Strati只需三天就可以完成。從100多天到3天，效率的快速提高表明3D打印車(chē)的未來(lái)發(fā)展是不可預(yù)測(cè)的。

2014年，當(dāng)?shù)仄?chē)公司推出了升級(jí)版的3D打印車(chē)Strati(Strati)，它取得了進(jìn)展，首先是它的底盤(pán)也是利用3D打印技術(shù)制造的，其次，它只用了44個(gè)小時(shí)就能打印出來(lái)。隨著裝配時(shí)間的增加，最新數(shù)據(jù)表明Strati只需三天就可以完成。從100多天到3天，效率的快速提高表明3D打印車(chē)的未來(lái)發(fā)展是不可預(yù)測(cè)的。

最近，德國(guó)獨(dú)立汽車(chē)設(shè)計(jì)公司Edag在內(nèi)瓦車(chē)展上推出了一款3D打印概念車(chē)LightCocon。這輛新車(chē)的外殼只有每平方米19克重，相當(dāng)于一張A4紙的四分之一。

就在不久前，獨(dú)立的德國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)公司EDAG在日內(nèi)瓦車(chē)展上推出了一款3D打印概念車(chē)LightCoogo，其重量?jī)H為每平方米19克，即A4紙的1/4。

盡管3D打印工具的興起和升級(jí)，徐博士在《格什威教室》中指出，“3D打印技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用還不是很強(qiáng)，因?yàn)槠?chē)是批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，3D打印更適合生產(chǎn)。個(gè)性化產(chǎn)品和小批量產(chǎn)品。”

雖然 3D 打印汽車(chē)在不斷興起和升級(jí)，但在世界微課中，徐博士非?，F(xiàn)實(shí)地指出，“3D 打印技術(shù)還不是它在汽車(chē)領(lǐng)域的強(qiáng)項(xiàng)，因?yàn)槠?chē)是量產(chǎn)產(chǎn)品，現(xiàn)在 3D 打印更適合個(gè)性化產(chǎn)品和小批量產(chǎn)品。””

三維打印在汽車(chē)上的應(yīng)用圖形

目前，3D打印技術(shù)主要有以下7種基本類(lèi)型：材料熔融擠出有限差分(FDM)、粘合噴涂3DP、材料液滴噴涂、粉末貼片熔煉、直接能量沉積透鏡、薄材料疊加LOM、光敏樹(shù)脂貼片SLA。其中，F(xiàn)DM、粉末熔化和SLA已在汽車(chē)工業(yè)中得到應(yīng)用。徐博士說(shuō)，目前有五個(gè)主要的應(yīng)用領(lǐng)域：1、設(shè)計(jì);2、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的直接制造;3、汽車(chē)輕量化結(jié)構(gòu)件的制造;4、定制的工件和測(cè)試儀器;5、車(chē)型的制造。

然而，值得一提的是，3D打印設(shè)備的實(shí)際意義在于幫助您提高設(shè)計(jì)或產(chǎn)品樣品制備過(guò)程中某些環(huán)節(jié)的效率，而不是完全取代整個(gè)過(guò)程。就像烏爾比一樣，3D打印機(jī)可以打印車(chē)身外殼、減肥體、個(gè)性化設(shè)計(jì)，但電機(jī)等關(guān)鍵部件仍來(lái)自于傳統(tǒng)的制造業(yè)。與傳統(tǒng)汽車(chē)制造業(yè)最大的區(qū)別在于，3D打印汽車(chē)首先打印出一個(gè)完整的車(chē)身，然后填充其他零件，而不是將車(chē)身的所有零件組裝在一起。

深釋?zhuān)喝S印刷技術(shù)在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用

然而，值得一提的是，3D打印設(shè)備的實(shí)際意義在于幫助您提高設(shè)計(jì)或產(chǎn)品樣品制備過(guò)程中某些環(huán)節(jié)的效率，而不是完全取代整個(gè)過(guò)程。就像烏爾比一樣，3D打印機(jī)可以打印車(chē)身外殼、減肥體、個(gè)性化設(shè)計(jì)，但電機(jī)等關(guān)鍵部件仍來(lái)自于傳統(tǒng)的制造業(yè)。與傳統(tǒng)汽車(chē)制造業(yè)最大的區(qū)別在于，3D打印汽車(chē)首先打印出一個(gè)完整的車(chē)身，然后填充其他零件，而不是將車(chē)身的所有零件組裝在一起。

瓶頸：材料種類(lèi)少 價(jià)格高

當(dāng)被問(wèn)及3D打印在汽車(chē)應(yīng)用中的主要瓶頸時(shí)，徐博士說(shuō)：“目前，用于3D打印的3D打印材料種類(lèi)非常有限，其中采用選擇性激光燒結(jié)(SLS)印刷的主流材料是尼龍、玻璃珠復(fù)合材料、直接金屬成型材料和間接金屬成型材料。然而，這些材料與實(shí)際用于汽車(chē)的材料仍有很大的差距?！?/p>

除了小品種外，材料3D打印的另一個(gè)障礙是成本。為此，徐博士解釋道，“材料成本是一個(gè)相對(duì)的概念。在非常小的批次中，模具的成本分散在單個(gè)產(chǎn)品上，因此它的單個(gè)產(chǎn)品將更昂貴，但是如果它是以3D打印的，這個(gè)問(wèn)題在模型中不存在，所以以3D打印單個(gè)或小批次的產(chǎn)品相對(duì)便宜。像每年數(shù)十萬(wàn)輛汽車(chē)這樣的批量生產(chǎn)，暫時(shí)使用3D打印是不符合成本效益的?！?/p>

總結(jié)：

針對(duì)未來(lái)3D打印的發(fā)展趨勢(shì)，個(gè)性化定制是未來(lái)3D打印最適合的領(lǐng)域。在其發(fā)展過(guò)程中，材料將多樣化，然后打印機(jī)將被串行化，并從大小和溫度形成一個(gè)系列。一般來(lái)說(shuō)，由于3D打印的材料、成本等方面的限制，3D打印在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走，從夢(mèng)想到現(xiàn)實(shí)還有很長(zhǎng)的路要走，但在“智能”盛行、一切皆有可能的今天，這個(gè)“夢(mèng)想”也許會(huì)實(shí)現(xiàn)!繼續(xù)期待!