深度解讀：3D打印技術(shù)在汽車產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用
隨著“工業(yè)4.0概念”的不斷拋出，3D打印作為該革命技術(shù)支持的核心之一，近年再次被推到市場(chǎng)的“火山口”，已經(jīng)運(yùn)用于多個(gè)行業(yè)。而身處制造業(yè)驕子地位的汽車及零部件制造則是3D打印技術(shù)重點(diǎn)推廣領(lǐng)域。
而3D打印在汽車產(chǎn)業(yè)目前的研發(fā)和應(yīng)用狀況如何？目前最大的技術(shù)瓶頸是什么？未來將呈現(xiàn)何種形式？等問題也備受行業(yè)熱議和探討。針對(duì)此，3月11日晚，蓋世汽車網(wǎng)特組建“3D打印微課堂”（以微信為主體的專業(yè)群交流模式），邀請(qǐng)行業(yè)資深專家華曙高科董事長(zhǎng)許小曙博士開堂授課、與此同時(shí)，廣汽、東風(fēng)、上汽、福特、比亞迪、江鈴、長(zhǎng)城等整車企業(yè)、大陸、采埃孚、德爾福等零部件供應(yīng)商及上海增材制造協(xié)會(huì)、Stratasys、Autodesk等3D打印相關(guān)行業(yè)共343位人士針對(duì)3D打印技術(shù)發(fā)展問題在群內(nèi)展開熱烈探討。會(huì)后我們將焦點(diǎn)內(nèi)容梳理與補(bǔ)充，與業(yè)內(nèi)共饗！
3D打印是什么？
在討論3D打印汽車之前，先普及下3D打印概念：3D打印是快速成型技術(shù)的一種，又稱增材制造技術(shù)，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。與普通打印機(jī)相比，3D打印機(jī)的“墨水”為原材料，通過若干層材料的堆疊達(dá)到立體效果。有許多人將這一過程比喻為搭積木，的確有幾分相似。
而提及3D打印，不免有人將其與號(hào)稱“當(dāng)今機(jī)械加工和機(jī)械制造領(lǐng)域的經(jīng)典之作”的CNC技術(shù)相比較，蓋世微課堂探討中，許小曙博士指出，這是兩種不同的技術(shù)，3D打印是增材制造，是用增加相應(yīng)的材料來成型工件的。而CNC是減材制造，是用去除多余的材料來成型工件。這兩者也各有各的優(yōu)勢(shì)，CNC的加工精度會(huì)高于3D打印，而3D打印能夠制造的零件的復(fù)雜程度要遠(yuǎn)高于CNC。3D打印是傳統(tǒng)加工方式的一種重要補(bǔ)充，它的主要功能不是替代而是補(bǔ)充，因此，3D打印和CNC結(jié)合是一種非常好的形式。
3D打印技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于可以為復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零部件免去開發(fā)開模環(huán)節(jié)，縮短新品開發(fā)周期，節(jié)省出更多的人力、財(cái)力和時(shí)間。此外，3D打印技術(shù)可使金屬零部件的力學(xué)性能和精度達(dá)到鍛造件的指標(biāo)，保證汽車零部件對(duì)于精度和強(qiáng)度的要求。
3D打印不斷升級(jí) 然仍不適合大批量生產(chǎn)
看過007系列最新電影《大破天幕殺機(jī)Skyfall》的觀眾，一定會(huì)對(duì)其中那輛1960年的阿斯頓·馬丁DB5汽車被炸成碎片的情節(jié)唏噓不已。實(shí)際上，那部付之一炬的豪車就是由3D打印技術(shù)制作的。
事實(shí)上，3D打印并不是一個(gè)新概念，已經(jīng)有近三十年的歷史，不過3D打印汽車的出現(xiàn)離我們并不遙遠(yuǎn)。2013年上半年，一臺(tái)名為Urbee 2的小車誕生了，而其前身Urbee早在2010年就推出了，只不過當(dāng)時(shí)由于各種問題只停留在了概念階段。Urbee 2包含了超過50個(gè)3D打印組件，但這相較傳統(tǒng)制造工藝顯得十分精簡(jiǎn)。車輛除了底盤、動(dòng)力系統(tǒng)和電子設(shè)備等，超過50%的部分都是由ABS塑料打印而來。 據(jù)悉，生產(chǎn)Urbee 2需要花費(fèi)2500小時(shí)，換算一下就是沒日沒夜也需要超過100天才能打印這樣一輛車。
2014年，Local Motors公司推出了升級(jí)版的3D打印車Strati（斯特拉迪），此車的進(jìn)步之處首先在于它的底盤部分也采用了3D打印技術(shù)制造，其次它的打印時(shí)間僅為44個(gè)小時(shí)。如果加上組裝時(shí)間，最新的數(shù)據(jù)表明只需要三天就能造出Strati。從超過100天到3天，效率的飛速提升預(yù)示著3D打印汽車的未來發(fā)展不可預(yù)估。
而就在日前，德國(guó)獨(dú)立汽車設(shè)計(jì)公司EDAG在2015年的日內(nèi)瓦車展上帶來一款3D打印概念車LightCocoon，新車外殼每平方米僅重19克，是一張A4紙的四分之一。
盡管3D打印車在不斷的興起和升級(jí)，在蓋世微課堂中，許博士很實(shí)際的指出，“3D打印技術(shù)應(yīng)用在汽車領(lǐng)域尚不是其強(qiáng)項(xiàng)，因汽車是一個(gè)大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，而3D打印目前更適合于個(gè)性化產(chǎn)品和小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)。”
3D打印在汽車中的應(yīng)用圖解
目前3D打印技術(shù)有七種基本類型，分別為材料熔融擠出FDM、粘合劑噴射3DP，材料微滴噴射、粉材平鋪融化、直接能量沉積LENS、薄材疊加LOM、光敏樹脂平鋪SLA。其中，F(xiàn)DM、粉材平鋪融化以及SLA已經(jīng)使用在汽車工業(yè)制造上了。許博士表示，目前應(yīng)用主要有五大方面：1、用于設(shè)計(jì)；2、結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件的直接制作；3、汽車上的輕量化結(jié)構(gòu)零件的制作；4、定制專用的工件和檢測(cè)器具；5、整車模型的制作。
不過在此值得提出的是，3D打印設(shè)備的實(shí)際意義是幫你在設(shè)計(jì)或者產(chǎn)品制樣的過程中提高某個(gè)環(huán)節(jié)的效率，而不是完全代替整個(gè)流程。就像Urbee，3D打印機(jī)可以為它實(shí)現(xiàn)打印車身外殼、減重車身、個(gè)性化設(shè)計(jì)，但電機(jī)等關(guān)鍵零部件都還是來自于傳統(tǒng)制造業(yè)。與傳統(tǒng)企業(yè)制造汽車區(qū)別最大之處在于，3D打印汽車是先打印出單個(gè)的、一體式的車身，再將其他部件填充進(jìn)去，而不是將車身各部分組裝到一起。
瓶頸：材料種類少 價(jià)格高
在微友問及3D打印在汽車應(yīng)用中的主要瓶頸時(shí)，許博士表示，“目前可以用于3D打印材料的種類還是非常有限的，其中用選擇性激光燒結(jié)(SLS)可以打印的主流材料基本就是尼龍材料、玻璃微珠復(fù)合材料、直接金屬成型材料與間接金屬成型材料等。然這些跟汽車上實(shí)際使用的材料種類相比還是有很大差距的。”
不過，值得欣慰的是，今年2月28日，工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展改革委、財(cái)政部研究制定的《國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015－2016年）》提出要將3D打印與汽車、航空航天、生物醫(yī)療等重要細(xì)分領(lǐng)域分門別類地進(jìn)行跨行業(yè)聯(lián)合，突破一批增材制造專用材料。到2016年，實(shí)現(xiàn)鈦合金、高強(qiáng)鋼、部分耐高溫高強(qiáng)度工程塑料等專用材料的自主生產(chǎn)，滿足行業(yè)發(fā)展需求。這對(duì)于3D打印材料的發(fā)展無疑是一劑強(qiáng)心針。
除種類少外，3D打印在材料方面的另一道障礙則是成本，對(duì)此，許博士解釋道，“材料成本是一個(gè)相對(duì)的概念，在批量非常小的情況下，模具的成本攤在單件產(chǎn)品上的比較多，這樣它的單件產(chǎn)品就會(huì)比較貴，但如果用3D打印的方式就不存在這個(gè)問題，所以單件或者小批量的產(chǎn)品用3D打印它的成本是相對(duì)來講低廉的。而像年產(chǎn)幾十萬輛汽車的這種批量，如果用3D打印的方式目前來看成本是不合算的。”
總結(jié)：
對(duì)于3D打印未來發(fā)展趨勢(shì)，許博士表示，個(gè)性化定制是3D打印未來最適合的領(lǐng)域。而其發(fā)展中，材料將會(huì)呈現(xiàn)多樣化，其次打印機(jī)將呈現(xiàn)系列化，從尺寸與溫度上形成系列。
總體而言，3D打印因材料、成本等各方面的限制，在汽車產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用由夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)還有較長(zhǎng)一段路要走，然“智能化”盛行且一切皆有可能的今天，沒準(zhǔn)這“夢(mèng)想”就實(shí)現(xiàn)了呢！保持期待吧！
(責(zé)任編輯：admin)
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