3D打印技術(shù)要取代傳統(tǒng)零部件產(chǎn)業(yè)？

陳瓊

近日，《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃（2015-2016年）》（簡稱“《計劃》”）對外發(fā)布，其中提出2016年初步建立較為完善的增材制造（又稱“3D打印”）產(chǎn)業(yè)體系，產(chǎn)業(yè)銷售收入實現(xiàn)快速增長，年均增長速度達(dá)30%以上，整體技術(shù)水平與國際同步。業(yè)內(nèi)人士表示，該《計劃》不僅可以解決3D打印如何與各行各業(yè)有效結(jié)合的發(fā)展難題，同時還能刺激零部件企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，為行業(yè)發(fā)展帶來新商機。

《計劃》有望加快新興行業(yè)快速發(fā)展

在我國，3D打印技術(shù)已被全面應(yīng)用于殲-20隱形戰(zhàn)斗機和殲-31第五代戰(zhàn)斗機的研發(fā)中，3D打印技術(shù)正在制造我國空軍發(fā)展的“中國速度”。

然而，在汽車零部件行業(yè)推廣初期，幾乎沒有整車廠和零部件制造商愿意采用這項技術(shù)。2014年相關(guān)政府部門開始在行業(yè)內(nèi)調(diào)研，到2015年《計劃》正式發(fā)文，業(yè)內(nèi)制造商才對3D打印認(rèn)知逐漸提升，部分企業(yè)也才實現(xiàn)對3D技術(shù)認(rèn)知到應(yīng)用的過渡。

而在國外，這一技術(shù)方向已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可。2012年，美國《時代》周刊將3D打印產(chǎn)業(yè)列為“美國十大增長最快的工業(yè)”；英國《經(jīng)濟學(xué)人》雜志則認(rèn)為，3D打印技術(shù)將與數(shù)字化生產(chǎn)模式一同成為引發(fā)第三次工業(yè)革命的關(guān)鍵因素。

更值得關(guān)注的是，日前美國Local Motors公司僅用了44個小時通過3D打印技術(shù)打印和組裝了一輛小車——“Strati”。這輛可搭載兩人的小車最高時速達(dá)56公里，電池可支持其行駛193到243公里。整車中除電動機、電池、電線、座椅、擋風(fēng)玻璃、懸架、車輪等零部件外，近50個不能移動、不用清潔和不導(dǎo)電的零部件全部使用3D打印技術(shù)制造。其主要原料由黑色塑料層和碳纖維加固層組成。Local Motors公司首席執(zhí)行官約翰·羅杰斯接受采訪時表示：“我們是第一家利用3D打印技術(shù)、使用碳纖維增強型熱塑性塑料制造汽車的公司。座椅、車身、底盤、中心控制臺、引擎罩等都是3D打印的?！睋?jù)悉，此前該公司已經(jīng)利用類似方法制造出摩托車、電動滑板以及其他車輛。

在汽車零部件制造、整車開發(fā)過程中需要對汽車外形、內(nèi)外飾件造型進行設(shè)計、評審和確定，應(yīng)用3D打印技術(shù)可以制定車燈、座椅、方向盤和輪胎等零部件快速成型件。此外，對于整車開發(fā)過程中產(chǎn)品設(shè)計可靠性的驗證環(huán)節(jié)，3D打印技術(shù)可以在設(shè)計前期制作樣件驗證，降低設(shè)計風(fēng)險，減少研發(fā)成本。這是3D打印技術(shù)在汽車零部件領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢。

據(jù)了解，3D打印技術(shù)優(yōu)點在于可以為復(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、財力和時間。此外，該技術(shù)還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)，保證汽車零部件對于精度和強度的要求。

由工信部、國家發(fā)改委、財政部研究制定的《計劃》，則有望加快3D打印技術(shù)與零部件研發(fā)跨界聯(lián)合，使該技術(shù)得到更廣泛應(yīng)用。有業(yè)內(nèi)人士預(yù)測，《計劃》會刺激這一新興行業(yè)在未來五至十年飛速發(fā)展。

前沿企業(yè)積極研發(fā)材料

雖然國內(nèi)已有汽車零部件企業(yè)通過3D打印技術(shù)制作剎車連桿、剎車片、車燈、線束等復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件用于研發(fā)使用。但相比歐美國家，3D打印在我國汽車零部件行業(yè)應(yīng)用發(fā)展剛剛起步，而制約其發(fā)展的瓶頸是材料缺乏與行業(yè)認(rèn)知低，成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的攔路虎。

為此，《計劃》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)域分門別類地進行跨行業(yè)聯(lián)合，突破一批增材制造專用材料。到2016年，實現(xiàn)鈦合金、高強鋼、部分耐高溫高強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。

據(jù)了解，當(dāng)前市場上的化工材料有一萬多種，而能夠應(yīng)用于3D打印技術(shù)的卻只有50多種。材料應(yīng)用方面還有很大空間可以突破，很多企業(yè)正在積極研發(fā)新材料。例如，巴斯夫集團正在針對汽車內(nèi)飾件的專業(yè)材料進行研發(fā)，不久更多汽車內(nèi)飾件就可以應(yīng)用到3D打印技術(shù)。

目前滿足汽車零部件行業(yè)3D打印要求的材料有純尼龍材料、礦纖復(fù)合材料、碳纖材料、玻璃微珠復(fù)合材料等。采用較多的是尼龍粉末材料，其具有色澤穩(wěn)定、抗氧化性好、尺寸穩(wěn)定等優(yōu)點，成品后期噴漆效果好。

彼牧公司汽車事業(yè)部3D打印經(jīng)理王弄璋認(rèn)為，行業(yè)細(xì)分化、打印材料的突破與豐富將有利于3D打印技術(shù)在汽車零部件行業(yè)更好、更快發(fā)展。3D打印零部件材料種類顯著增加，意味著零部件制造成本或在三到五年內(nèi)大幅下降。未來，整車以及零部件領(lǐng)域?qū)?D打印技術(shù)需求是非常大的，或許會有更多的3D打印零部件實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

汽車零部件

福特公司早在上世界80年代，便開始進行了一項名為“附加制造”的3D打印技術(shù)實驗，并購買了史上第一臺3D打印機。如今，該公司已擁有三臺3D打印設(shè)備，其中一臺在迪爾伯恩，另外兩臺都安置于歐洲。

福特公司還表示，目前研發(fā)部門已經(jīng)能夠運用一種名為激光燒結(jié)的附加制造技術(shù)，為F-150型皮卡制造一個完整的前端、門板以及用于3D引擎的進氣管。

福特最新型的3D打印機，包括安裝、運營成本在內(nèi)，約為2.5千萬美金。這雖是一筆不小的開支，但其先進的技術(shù)支持能夠大大縮短福特汽車的生產(chǎn)周期，從而降低成本。

[編后語：]

3D打印汽車“Strati”的上路，著實是人類汽車生產(chǎn)和制造的一大突破。有評論認(rèn)為，它對傳統(tǒng)汽車制造形成了革命性的威脅。

然而，編者認(rèn)為，目前來看這一言論還顯得言過其實。Strati的問世，對于汽車行業(yè)人士來講是一個應(yīng)該關(guān)注的事件，但它還僅僅只是最初級的試驗品，距離量產(chǎn)為時尚早。

首先，3D打印車身覆蓋件使用的原材料，目前只能是熱塑材料，而這顯然并不能滿足真正量產(chǎn)車的需要。碳素纖維似乎可行，但成本并不是目前量產(chǎn)車所能接受的。

其次， Strati車身幾乎無“光澤”可言，一方面是因為材料本身，另一方面是因為3D打印由材料融化后一層層的堆積而成，噴嘴的精度決定了它的表面不可能做到光滑?，F(xiàn)在國內(nèi)銷售的3D打印機，噴嘴的直徑大約是在0.2-0.5毫米。打印完成之后，還需要通過打磨機床，對車輛外觀進行打磨處理。

更重要的是，3D打印汽車的安全性是目前無法實現(xiàn)量產(chǎn)的最大障礙。受制于原材料，這種車的碰撞、自燃等方面都存在不小的安全隱患。

由此可見，3D打印技術(shù)取代傳統(tǒng)鑄造、鍛造技術(shù)進行汽車零部件的大批量、規(guī)模化生產(chǎn)還不太現(xiàn)實。只有將3D打印技術(shù)的個性化、復(fù)雜化、高難度的特點與傳統(tǒng)制造業(yè)的規(guī)?；?、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，才能不斷推動3D打印技術(shù)在汽車零部件產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

當(dāng)然我們也需要看到，3D打印技術(shù)正朝著將取代模具、部件、半成品到成品等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的趨勢發(fā)展。隨著技術(shù)的進一步成熟，傳統(tǒng)的勞動力、設(shè)備投資、工人技能、生產(chǎn)型管理將變得不再重要。

因此，隨著汽車制造商與行業(yè)外創(chuàng)新公司的協(xié)作日益緊密，傳統(tǒng)的汽車零部件供應(yīng)商要不被“拋棄”，唯有不斷進行技術(shù)創(chuàng)新，適應(yīng)市場環(huán)境的變化。