徐國松 朱訓(xùn)明

3D打印在汽車產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用

徐國松 朱訓(xùn)明

3D打印產(chǎn)品的開發(fā)周期短、成本低，對市場變化反應(yīng)靈活，在促進(jìn)大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新和實現(xiàn)智能化制造方面具有無可比擬的優(yōu)勢。3D打印不但有助于縮短汽車零部件產(chǎn)品的開發(fā)周期，而且可以實現(xiàn)復(fù)雜精密零部件的一體成型，有助于實現(xiàn)汽車輕量化。在解決其應(yīng)用的技術(shù)瓶頸后，可以大大促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)的工業(yè)自動化生產(chǎn)，同時滿足市場的個性化需求。

3 D打印概述

3D打印，也叫增材制造技術(shù)，正越來越多地見諸媒體，3D打印的房子，汽車，人體器官……已經(jīng)一步步地變成了現(xiàn)實。2015年8月21日，國務(wù)院舉辦專題講座，討論加快發(fā)展先進(jìn)制造與3D打印等問題。2015年10月15日，國務(wù)院總理李克強在《求是》刊文，論述了大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新的發(fā)展戰(zhàn)略，重點推介了3D打印技術(shù)?？梢哉f，3D打印技術(shù)已經(jīng)逐漸走出了科技圈，上升到了國家戰(zhàn)略的層次，不再是小打小鬧的小眾產(chǎn)業(yè)。3D打印產(chǎn)品的開發(fā)周期短、成本低，在促進(jìn)全民創(chuàng)業(yè)和創(chuàng)新方面具有無可比擬的優(yōu)勢，這也是3D打印在“中國制造2025”和“雙創(chuàng)”戰(zhàn)略中具有重大意義的原因。

與3D產(chǎn)業(yè)在媒體上的熱鬧形成鮮明對比的是，3D打印產(chǎn)品在消費市場上仍然難覓蹤跡。3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀究竟如何？3D打印在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用潛力究竟有多大？及早地分析回答這些問題，事關(guān)我們能否在新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中繼續(xù)占據(jù)行業(yè)的領(lǐng)跑地位。3D打印技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有35年，相關(guān)產(chǎn)業(yè)方興未艾，在政府相關(guān)政策的大力支持下，資本和創(chuàng)客們的大量涌入將對行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生新一輪的推動，我們思考這些問題可以說正當(dāng)其時。

3 D打印在汽車產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用

根據(jù)Industry Week的一份報告，快速成型技術(shù)有31.7%的份額用在了汽車領(lǐng)域。福特、寶馬分別在上世紀(jì)80年代、90年代初就已經(jīng)開始引進(jìn)3D打印技術(shù)。如今，幾乎所有的整車廠都在采用快速成型技術(shù)來進(jìn)行車輛不同階段的研發(fā)。采用3D打印可以大大縮減設(shè)計的周期和成本，改變了傳統(tǒng)制造的理念和模式。除了在產(chǎn)品研發(fā)階段，3D打印也開始逐步應(yīng)用在小批量的零件制造上。

2013年，世界第一輛3D打印汽車Urbee2問世；2014年，3D打印汽車制造商Local Motors又推出了Strati；2015年，Divergent Microfactories公司推出了首款3D打印超級跑車Blade；2015年3月份，國內(nèi)也有人推出了首款“3D打印”概念車。似乎3D打印汽車的前景已經(jīng)一片光明，事實真的如此嗎？恐怕答案會讓很多人失望。然而，目前的3D打印汽車更多的是一種商業(yè)宣傳的策略，以Local Motors的Strati為例，這款車號稱只有40多個零部件，用時44小時即可“打印”完成，實際上只有車身、底盤、儀表盤、座椅等外部零部件由3D打印，其他的關(guān)鍵性部件，比如動力傳動系統(tǒng)、車輪、輪胎、擋風(fēng)玻璃、線路等都是傳統(tǒng)方法制造后組裝上去的。

坐在家里給自己打印一輛汽車的夢想還遙遙無期，但是這些概念車的出現(xiàn)至少為我們展現(xiàn)了一種新的制造理念和模式。3D打印技術(shù)可以成型非常復(fù)雜的零部件，這使得多部件一體化成型成為可能，將大大簡化汽車的結(jié)構(gòu)，減輕汽車的重量。

3 D打印的技術(shù)障礙

雖然3D打印的前景無限美妙，但是仍然有很多技術(shù)障礙需要突破，這既是一項挑戰(zhàn)，也為我們搶占技術(shù)先機提供了機會。目前3D打印的技術(shù)障礙主要體現(xiàn)在三個方面：打印材料、打印設(shè)備和技術(shù)參數(shù)。

打印材料是3D打印技術(shù)難以推向市場的最主要原因之一，目前可用于3D打印的材料不多，且大部分成本較高，用在結(jié)構(gòu)件上尚顯性能不足。

根據(jù)原理不同，3D打印設(shè)備包括選擇性激光燒結(jié)、直接金屬激光燒結(jié)、熔融沉積式、數(shù)字光處理、熔絲制造、融化壓模式、分層實體制造、電子束融化成型、立體平版印刷等。

3D打印的技術(shù)參數(shù)主要包括粉末材料顆粒大小的選擇、分層打印的層厚、激光功率、熔化溫度以及打印速度等。

3 D打印在汽車產(chǎn)業(yè)中的前景分析

工業(yè)革命使人類生產(chǎn)活動由手工作坊逐步發(fā)展到機械化大生產(chǎn)，如今，隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，第三次工業(yè)革命正在形成，在規(guī)?；a(chǎn)的同時，對個性化產(chǎn)品的需求逐漸增加。對大規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)來說，生產(chǎn)模式僵化，轉(zhuǎn)型緩慢是無法回避的一個問題。3D打印技術(shù)的興起，為解決這一問題提供了途徑。以汽車行業(yè)為例，以前一款汽車的設(shè)計周期大約是兩年，現(xiàn)在應(yīng)用3D打印技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，每年都可以推出兩到三款新產(chǎn)品。這只是3D打印在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)階段的應(yīng)用，如果可以實現(xiàn)3D打印的批量化生產(chǎn)，由于產(chǎn)品的設(shè)計周期和成本大大下降，將可以使企業(yè)的生產(chǎn)更加靈活，對市場的需求做出更快速的反應(yīng)。

換句話說，3D打印可以使企業(yè)的規(guī)模化生產(chǎn)“化整為零”，由一個龐然大物分解為幾十個甚至上百個小微企業(yè)，每一臺3D打印設(shè)備都可以對接一個消費者群體，從而可以有效解決生產(chǎn)模式僵化、轉(zhuǎn)型緩慢的問題。同時，3D打印技術(shù)更符合工業(yè)自動化發(fā)展的潮流，也更容易實現(xiàn)“機器換人”的發(fā)展思路。

總而言之，3D打印技術(shù)不是屠龍技，而是御龍訣，未來也將成為全球制造產(chǎn)業(yè)的兵家必爭之地，國務(wù)院在2015年年初發(fā)布的《國家增材制造（3D打?。┊a(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計劃》更是從政策上明確了這一點。如今3D打印產(chǎn)業(yè)剛剛興起，仍有很多技術(shù)障礙需要克服，但是產(chǎn)品和技術(shù)的開發(fā)正是在突破障礙中一步步完善的，正如硅谷有一句話，如果你推出的第一代產(chǎn)品已經(jīng)是完美的，那就是推出得太晚了。政策的利好以及它所帶來的美好愿景和可預(yù)見的豐厚回報，正吸引著越來越多的人才和企業(yè)加入其中。

（作者單位：威海萬豐鎂業(yè)科技發(fā)展有限公司）