3D打印技術讓未來汽車個性化制造成為可能

日前，市場研究公司Allied  Market  Research發(fā)布了一份汽車行業(yè)3D打印市場報告預測。報告指出，到2022年，全球汽車行業(yè)3D打印市場將達到23.91億美元。在預測期內(nèi)，歐洲將成為主要市場，其次是亞太和北美。

車企使用3D打印技術主要是基于新車模型和工具的應用。汽車市場競爭日益激烈，車企們紛紛開始尋求新的技術以減少材料的成本和效率的突破，因此，越來越多的車企開始采用3D打印技術來減少研發(fā)和創(chuàng)新成本。IDC在其2017年初發(fā)表的《世界半年度3D打印消費指南》中指出，產(chǎn)生大部分收入的3D打印應用領域集中在工業(yè)級3D打印領域。例如，2016年，汽車設計和快速原型打印貢獻了最重要的收入(超過39億美元)。

3D打印是一種更便于大眾理解的通俗稱謂，在工業(yè)專業(yè)術語中，3D打印被稱為“增材制造技術”——它與傳統(tǒng)“減材制造”相對應。3D打印技術大大降低了制造的復雜度。這種數(shù)字化制造模式不需要復雜的工藝、龐大的機床及眾多的人力，即可生成任何形狀的零件，使生產(chǎn)制造得以向更廣的生產(chǎn)人群范圍延伸。

跟傳統(tǒng)技術相比，傳統(tǒng)的機加工制造就適用于大規(guī)模、需要量產(chǎn)的部件，并廣泛應用在幾乎所有領域；目前3D打印適于小批量、造型復雜的非功能性零部件，大多在汽車、航天等領域內(nèi)用于制造樣件和模具等。從使用材料看，傳統(tǒng)機加工可以使用幾乎任何材料；3D打印技術目前使用的材料多為塑料、光敏樹脂和金屬粉末等材料，受制較多。技術優(yōu)點在于材料利用率超過95%以上，幾乎不產(chǎn)生廢料，且適用于復雜結構體等。

在制造工藝上3D打印技術顯示出自己顛覆性的優(yōu)勢：
形狀復雜性。傳統(tǒng)機械制造是基于削、鉆、銑、磨、鑄和鍛等減材制造基本工藝的組合；而3D打印技術是一體成型技術，主要采用“分層制造、逐層疊加”流程。幾乎任意復雜的形狀，只要在三維設計軟件中設計出來，就能通過3D打印技術制造出來。

層次復雜性。傳統(tǒng)加工技術難以實現(xiàn)的多尺度（宏、介、微觀），而3D打印技術可以實現(xiàn)如原子打印、細胞打印等。

功能復雜性。對于結構復雜的零件，3D打印技術可以實現(xiàn)整體打印成形，避免了將一個復雜零件進行分拆制造后通過焊接成形而帶來的質(zhì)量增大和潛在的質(zhì)量缺陷，甚至能夠取消復雜零部件的裝配，用在汽車部件上不但可以減輕重量，同時減少裝配時間及改變部件連接缺陷。

如下圖通用電氣近日成功完成了對其新一代渦輪螺旋槳發(fā)動機（ATP）的測試。這款發(fā)動機僅由12個獨立部件組成（超過1/3是用鈦3D打印的），與原先的855個部件相比大幅減少，因此重量減輕了5%，燃油效率提高了20％，功率提高了10％，同時維護也變得更加簡單。

3D打印直接將虛擬的數(shù)字化實體模型轉變?yōu)楫a(chǎn)品，極大地簡化了生產(chǎn)流程，降低了研發(fā)成本，縮短了研發(fā)周期，使得任意復雜結構零件的生產(chǎn)成為可能， 對面向功能的產(chǎn)品設計具有重大的推進作用。

汽車行業(yè)正在面臨深刻變化，比如傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車正在向純電動、混合動力、氫燃料動力電池汽車等清潔能源汽車方向轉型，與此同時，汽車與智能網(wǎng)聯(lián)技術的結合也越來越緊密。隨著汽車“四化”發(fā)展，汽車外觀、內(nèi)飾、結構等都已發(fā)生變化，且這一過程正在加速。這些變化往往都是創(chuàng)新的、個性化的、小批量的，而這種情況需要用到3D打印技術提供足夠的支撐和幫助。

目前3D打印技術用于汽車主要還是新車模型上，不能量產(chǎn)是因為：
1  3D打印技術受制于材料的性能，目前材料性能還不夠穩(wěn)定，且材料的通用性比較差。
2  成本高，工業(yè)級3D打印機購置成本在數(shù)十萬元到上千萬元，應用成本過高是目前3D打印技術應用普及化及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大瓶頸。
3  部件從設計制作到應用不是一個人能做到，需要汽車部件設計人員，材料研發(fā)人員，3D設計人員等組成團隊共同協(xié)作才能完成，而針對汽車的不同部件用到的材料也不盡相同。

3D打印應用在汽車制造中需要先解決關健部件的材料研發(fā)生產(chǎn)，同時降低成本。2017年12月，工信部等11部門印發(fā)《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（2017-2020年）》，行動計劃明確提出，到2020年，我國增材制造產(chǎn)業(yè)年銷售收入超過200億元，年均增速在30%以上；要在汽車新品設計、試制階段，利用增材制造技術實現(xiàn)無模設計制造，縮短開發(fā)周期。采用增材制造技術一體化成型，實現(xiàn)復雜、關鍵零部件輕量化；在專用材料、工藝裝備等產(chǎn)業(yè)鏈重要環(huán)節(jié)關鍵核心技術與國際同步發(fā)展，部分領域達到國際先進水平。通過“增材制造與激光制造”國家重點研發(fā)計劃等支持符合條件的增材制造工藝技術、裝備及其關鍵零部件研發(fā)，研究將符合條件的增材制造納入“科技創(chuàng)新2030-重大項目”支持范圍。將符合條件的增材制造裝備納入首臺套重大技術裝備保險補償?shù)日�策，加大扶持力度�?br />
隨著新材料的研發(fā)，產(chǎn)業(yè)合作、國家政策扶持、3D打印技術應用在汽車部件的量產(chǎn)上指日可待。但3D打印技術發(fā)展不只是這樣。塑哥記得2015年的時候與汽車行業(yè)專家陳光祖老先生談到3D打印制件時，陳老說：3D打印讓未來汽車個性化制造成為可能。汽車所有的部件都可以個性設計，然后通過3D打印制造出來組裝，因為不是用相同的模具做出來的，所以可以有無限的設計想象空間。

來源：汽車輕量化非金屬材料產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟
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