3D打印要如何迎接挑戰(zhàn)以適合汽車行業(yè)生產(chǎn)的需求？

為了給電動汽車減重，通用汽車正在采用歐特克（Autodesk)的創(chuàng)成式設(shè)計軟件對車內(nèi)零部件進行優(yōu)化設(shè)計，而這一次來自底特律的通用汽車動真格了，他們計劃在大約一年內(nèi)在車內(nèi)安裝這些零件，也就是說通用汽車要將3D打印運用到制造領(lǐng)域。

那么通用汽車是如何看待3D打印技術(shù)與汽車零件生產(chǎn)的結(jié)合度呢？為此，通用汽車公司的全球研發(fā)主管Anil Sachdev博士探討了汽車行業(yè)在增材制造（AM）方面面臨的挑戰(zhàn)，以及需要改變的地方，以便成為主流技術(shù)。

死胡同，量變的挑戰(zhàn)

談到汽車行業(yè)，3D打印目前仍然主要局限在原型和小批量零件的應(yīng)用領(lǐng)域，但我們想改變這一點，那么要將3D打印尤其是粉末床金屬熔融技術(shù)納入到汽車領(lǐng)域的大批量生產(chǎn)，使其成為適合汽車生產(chǎn)的經(jīng)濟可行的技術(shù)，面臨的挑戰(zhàn)有哪些呢？

汽車行業(yè)需要利用增材制造的具體優(yōu)勢來提升產(chǎn)品設(shè)計，但是當(dāng)談到用于經(jīng)濟性的生產(chǎn)，以便將產(chǎn)量從小批量的十幾個增加到至少每年100萬個。在我們能夠打破這個百萬產(chǎn)能障礙之前，3D打印對于進入到汽車的生產(chǎn)線方面將一直處于死胡同。

五個障礙

在產(chǎn)量之路上，現(xiàn)實和目標(biāo)之間存在五個主要障礙 ：

機器尺寸：由于大多數(shù)粉末床金屬3D打印設(shè)備都有明顯的加工尺寸限制，當(dāng)前普遍限制在400毫米，或者在600毫米，因此我們可以一次性整體創(chuàng)建的部件只有少數(shù)幾個。即便對于小型部件來說，機器尺寸仍然限制了產(chǎn)能，就拿一次性創(chuàng)造五到十個零件來說 – 這與一百萬個零件產(chǎn)能的需求還是存在非常大的挑戰(zhàn)。而這僅僅是小型零件的加工，對于非常大的鑄件和沖壓件的距離，還有很長的路要走。

準確性：粉末床金屬3D打印設(shè)備的成本已經(jīng)很高了，即便如此還需要考慮需要增加后期處理的人力和費用，這使得該技術(shù)的價格太貴了。直到增材制造能夠以最小的后處理需求來創(chuàng)建精確的零件，目前對于大規(guī)模汽車生產(chǎn)而言，經(jīng)濟上是否可行是非常關(guān)鍵的考量因素。

材料：大多數(shù)3D打印材料目前主要適用于醫(yī)療和航空航天工業(yè)，而這兩個領(lǐng)域的產(chǎn)品生命周期特點以及成本結(jié)構(gòu)是可以接納3D打印技術(shù)的，尤其對于那些昂貴的加工材料來說。

目前汽車領(lǐng)域可用的合金通常是用于鑄造或鍛造產(chǎn)品的合金，而對于3D打印來說，合金的開發(fā)則需要考慮增材制造工藝中經(jīng)歷的快速加熱和冷卻速率因素。

效率：目前增材制造對于汽車生產(chǎn)來說太慢了，考慮到與相互競爭的其他制造方法相比，沖壓機每六秒鐘可生產(chǎn)一個零件，而粉末床金屬熔融技術(shù)則需要幾個小時才能生產(chǎn)一批小零件。

成本：作為高產(chǎn)量和面向消費者的行業(yè)，成本是汽車行業(yè)的主要因素。例如，鑄造工藝，雖然增材制造可以將許多零件組合在一起一次完成，但鑄造幾乎可以便宜兩個數(shù)量級。 增材制造將不得不與過去50年來經(jīng)過不斷優(yōu)化的流程相競爭，并提供額外的價值以取代它們。

標(biāo)準與合作

所有這些問題都不能由單一實體來解決 – 甚至單獨一個部門都無法解決。盡管機器制造商正在努力滿足規(guī)模和生產(chǎn)能力的要求，但作為汽車生產(chǎn)商也必須主動探索，目前通用汽車正在關(guān)注材料開發(fā)和工藝。例如，通用汽車正在研究金屬粉末的開發(fā)和處理作為與產(chǎn)能相關(guān)的函數(shù)，利用先進的建模技術(shù)可以幫助解決希望克服增材制造目前的障礙。

當(dāng)然汽車行業(yè)對于標(biāo)準的需求是粉末床金屬熔融技術(shù)所面臨的另外一個挑戰(zhàn)，隨著針對增材制造的標(biāo)準開始浮出水面。這些標(biāo)準本身還需要獲得在整個行業(yè)中集體發(fā)展，因為拿通用汽車來說，每年需要數(shù)以億計的部件，每個機器制造商都有其獨特的粉末是不可持續(xù)的 – 汽車行業(yè)的純量要求不允許這樣做。而更何況粉末標(biāo)準僅僅是冰山一角，3D打印行業(yè)的廠家需要協(xié)調(diào)起來站在行業(yè)發(fā)展的角度看待如何可以共同支持增材制造的發(fā)展，并打破所有重要的障礙。

來源：3D科學(xué)谷