3D打印技術(shù)顛覆汽車制造業(yè)

MPV，確切地說，這是一類具有超大車內(nèi)空間、集轎車的舒適性和類似廂式貨車高大外形于一身的兩廂乘用車，標(biāo)準(zhǔn)的MPV一般提供三排座椅，可供7～8人乘坐。國內(nèi)MPV市場在歷經(jīng)多年快速發(fā)展后，正面臨大規(guī)模的消費轉(zhuǎn)型。商務(wù)MPV車型市場逐漸飽和，更加注重私家用戶需求的家用MPV車型異軍突起。

3D打印技術(shù)又稱為“快速成形技術(shù)”或“增材制造技術(shù)”，誕生于1980年代末。是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，將計算機(jī)設(shè)計出來的圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印設(shè)備，打印機(jī)內(nèi)裝有粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過電腦控制將材料疊層添加構(gòu)造三維物體，最終把計算機(jī)上的藍(lán)圖變成實物的數(shù)字化、智能化增材制造技術(shù)。

汽車業(yè)高度重視

前不久，一場別開生面的3D打印技術(shù)展在英國倫敦舉行。展覽向人們展示了各種利用3D打印技術(shù)的前沿產(chǎn)品，展現(xiàn)了這一創(chuàng)新技術(shù)在汽車、醫(yī)療、影視等諸多領(lǐng)域的無限潛力。

從國際層面看，3D打印已從一個流行的概念變成了一個新興行業(yè)。美國總統(tǒng)奧巴馬在國情咨文中提到這項新技術(shù)，并希望3D打印成為美國制造業(yè)重新煥發(fā)出活力的重要推動力。2010年初，世界首款3D打印汽車Urbee 在美國面世，它是一款混合動力汽車，絕大多數(shù)零部件來自3D打印，耗時2500小時。據(jù)這款車的制造者介紹，將量產(chǎn)這款轎車，并透露該車成本為5萬美元。

Urbee的造型很奇特，它只有三個車輪。這種平扁的造型使其風(fēng)阻系數(shù)達(dá)到了0.15，這在汽車工業(yè)設(shè)計中是個非常出色的數(shù)字，可在最大程度上避免空氣阻力。而三輪車設(shè)計也是基于這一點的考慮。在動力方面，Urbee采用的是混合動力系統(tǒng)，兩臺電動機(jī)加一臺發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)使用的是乙醇燃料，電池則可以通過Urbee頂部的太陽能面板充電?？傊?，一切都是為了最大程度節(jié)省燃料消耗。

從國內(nèi)情況看，一些跨國公司也在嘗試將3D打印技術(shù)應(yīng)用于汽車制造過程。通用汽車（中國）前瞻技術(shù)科研中心已將這一技術(shù)引入，幫助開發(fā)汽車模具。據(jù)介紹，以往研發(fā)一款新車，制造一個零部件，僅開模就需要兩三周時間，現(xiàn)在利用3D打印技術(shù)，制作時間縮短到一兩個小時。盡管通用汽車目前尚未直接打印汽車，但這種前期的嘗試，無疑可為未來的大規(guī)模應(yīng)用積累經(jīng)驗。

對我國汽車行業(yè)而言，3D打印技術(shù)或?qū)⒁l(fā)一場革命，應(yīng)該引起汽車企業(yè)的高度重視。

零部件的優(yōu)越性

與傳統(tǒng)制造業(yè)的“減材制造技術(shù)”相比，3D打印技術(shù)的魅力主要在于，3D打印技術(shù)可直接從計算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，具有制造成本低、研制周期短、生產(chǎn)效率高等明顯優(yōu)勢。3D打印已成為引領(lǐng)未來全球制造業(yè)發(fā)展趨勢的核心技術(shù)。

與傳統(tǒng)研發(fā)手段相比，3D打印技術(shù)生產(chǎn)汽車零部件可快速成形，在設(shè)計早期運(yùn)用這技術(shù)驗證產(chǎn)品裝配可行性時，能及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計差錯，縮短開發(fā)周期，降低研發(fā)成本。它無需金屬加工或任何模具，免去了模具開發(fā)、鑄造、鍛造等繁雜工序，省去試制環(huán)節(jié)中大量的人員、設(shè)備投入。

據(jù)調(diào)查，目前國內(nèi)零部件模具開發(fā)周期一般在45天以上，而3D打印技術(shù)可以在沒有任何刀具、模具及工裝夾具的情況下，快速實現(xiàn)零件的單件生產(chǎn)。根據(jù)零件的復(fù)雜程度，需1～7天，與傳統(tǒng)鑄造或鍛造零部件相比，3D打印技術(shù)的效率絕對高。

目前，3D打印設(shè)備所使用的原材料并不局限于樹脂或工程塑料，金屬材質(zhì)同樣可以進(jìn)行3D打印，快速成形。這項技術(shù)在汽車零部件領(lǐng)域的應(yīng)用顯現(xiàn)了很大優(yōu)勢：一方面，可以直接制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的金屬零部件，免去了先開發(fā)模具、再制造零部件的工序；另一方面，保證汽車零部件對于精度和強(qiáng)度的需求。

一旦3D打印技術(shù)大量使用，汽車生產(chǎn)中傳統(tǒng)的制作模具的環(huán)節(jié)可以被替代，生產(chǎn)周期和成本有望大幅下降。對于一些小眾需求，汽車企業(yè)也可以考慮。比如，消費者希望讓自己新車門把手與眾不同，現(xiàn)在這樣的需求是不可能滿足的，因為制作一個新把手就要開個新模具，其成本以數(shù)十萬元計，如果能夠利用3D打印，那么成本只增加了一點點。

對汽車業(yè)的影響

在美國，3D打印技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于尖端武器制造、航空航天等軍事領(lǐng)域。在我國，3D打印技術(shù)被全面應(yīng)用于殲-20隱形戰(zhàn)斗機(jī)和殲-31第五代戰(zhàn)斗機(jī)的研發(fā)中。

為推動國內(nèi)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，促進(jìn)3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)的結(jié)合，中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟兩年前在北京成立。中國3D技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟是全球首家3D打印聯(lián)盟，為了拓展3D打印技術(shù)市場，該聯(lián)盟計劃在三年內(nèi)，將中國打造成為全球最大的3D技術(shù)應(yīng)用國家。汽車及其零部件制造產(chǎn)業(yè)，是3D打印技術(shù)的重點推廣領(lǐng)域。

雖然3D打印技術(shù)已成功地將傳統(tǒng)復(fù)雜的生產(chǎn)工藝簡單化，將材料領(lǐng)域的疑難問題程序化，擁有諸多優(yōu)勢，但就目前的發(fā)展來看，如何擴(kuò)展3D打印技術(shù)的應(yīng)用還存在一些問題。受技術(shù)裝備、新型材料、設(shè)計軟件、質(zhì)量安全和公共環(huán)境等制約，目前僅適用于小批量、小尺寸、高精度、造型復(fù)雜的零部件和元器件的加工制造，還難以代替?zhèn)鹘y(tǒng)制造業(yè)大規(guī)模、大批量的加工制造優(yōu)勢。

對于3D打印制作整輛轎車，一些專業(yè)人士也提出了不同的看法?！罢v車需要使用各種完全不同的材料，雨刷器的塑料就和中控臺的塑料不同，而且還有大量的金屬。如果要打印整臺車，打印機(jī)就要應(yīng)對所有材料，使之都能適應(yīng)打印過程，并使這些材料實現(xiàn)其功能?！?/p>

由于汽車零部件產(chǎn)品的單價遠(yuǎn)低于軍工產(chǎn)品，成本較高和打印材料種類較少制約了3D打印技術(shù)在汽車零部件制造上的應(yīng)用，從目前情況來看，3D打印技術(shù)取代傳統(tǒng)鑄造、鍛造技術(shù)進(jìn)行汽車零部件的規(guī)模化生產(chǎn)還不太現(xiàn)實。只有將其個性化、復(fù)雜化、高難度的特點，與傳統(tǒng)制造業(yè)的規(guī)模化、批量化、精細(xì)化相結(jié)合，與制造技術(shù)、信息技術(shù)、材料技術(shù)相結(jié)合，才能推動3D打印技術(shù)在汽車零部件產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

敢做實踐者

今年全國“兩會”上，科技發(fā)展、新能源以及由此引發(fā)的“第三次工業(yè)革命”議題，再次受到熱議。全國人大代表、中國工程院院士黃伯云認(rèn)為，“第三次工業(yè)革命”就是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和可再生能源的整合，在這場革命中，數(shù)字化、信息化、智能化、個性化的生產(chǎn)方式，正在取代傳統(tǒng)的人工、機(jī)器。時下剛剛興起的3D打印技術(shù)，集上述特征為一身，被稱為“瘋狂制造”。工信部高層已經(jīng)表態(tài)將推動3D打印產(chǎn)業(yè)化，科技部對3D打印的相關(guān)戰(zhàn)略規(guī)劃正在研究制定中。

對于中國自主車企而言，提升技術(shù)前瞻能力，也應(yīng)成為打造競爭力體系的一部分。3D打印技術(shù)之所以應(yīng)該受到關(guān)注，因為這是科技發(fā)展的方向。

目前，3D打印技術(shù)的應(yīng)用在汽車領(lǐng)域還處在萌芽階段，在一段時間內(nèi)還不具備規(guī)模生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。但這項技術(shù)一旦在未來某個節(jié)點上得到突破，將大大提高制造的生產(chǎn)效率。這些技術(shù)由多種新技術(shù)集合而成，如果不及時跟蹤，晚一步怕是要步步晚，最終可能喪失全部競爭力。