3D打印汽車從展示到推廣 材料與技術是瓶頸

導讀：最近兩年，隨著一輪輪概念炒作，工業(yè)界使用多年的快速成型技術，被冠以3D打印的名詞廣為流行。3D打印技術可以大幅度降低汽車開發(fā)過程中和制造過程中的成本，提升工作效率，降低新車型新零件的開發(fā)時間，最終這些會反應到汽車的價格和品質上。但3D打印直接打印出未來大批量生產(chǎn)的汽車，目前依然只是夢想。

最近兩年，隨著一輪輪概念炒作，工業(yè)界使用多年的快速成型技術，被冠以3D打印的名詞廣為流行。

美國總統(tǒng)奧巴馬在國情咨文中一再強調3D打印等新興技術的重要性。從3D打印食品，到3D打印衣服，再到3D打印的汽車、飛機、火箭層出不窮。

在汽車行業(yè)，美國的設計公司KOREcologic、數(shù)字制造商RedEyeOnDemand以及3D打印制造商Stratsys合作完成了第一款用3D打印制造的高燃油效率混合動力車Urbee2。

世界上第一款采用3D打印零部件制造的電動汽車“Strati”更是在44小時內就打印完成。

那么，未來我們開的汽車會是3D打印機打印出來的嗎？3D打印技術會如何影響汽車制造業(yè)呢？消費者會從中得益嗎？

3D打印的實質

3D打印是快速成型技術的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。

這個定義說起來繞口，也難以理解，實際上去很簡單。

普通打印機用一個一個小點的點陣拼成圖案，這些小點顏色不同，位置不同，這些點集合起來最后就構成了畫面。

而3D打印機，則在普通打印機的原理上多了一步。它先是用類似普通打印機的原理，打出來一個個平面。然后把這些平面一層層累積起來，就構成了立體的物體。

就像小孩玩的樂高玩具，要用樂高玩具拼出一個圓柱體，那么就先拼成一個小圓餅，然后若干個小圓餅重疊起來就是一個圓柱體。3D打印也是類似的原理。一個個小點打出一個平面，若干個平面重疊起來組成一個物體。這就是3D打印的原理。

3D打印的優(yōu)勢和弱點

在現(xiàn)代工業(yè)條件下，我們加工一個零件也好，做一個模型也好，都需要一個先制造一個模具。但制造這個模具的成本很高，不到一定的批量就不值得。或者是用數(shù)控機床直接在毛胚料上加工，但是這個方法會浪費掉很多毛胚材料，而且很慢很貴，加工費用以小時計算。

另外，這兩者對于造型特別復雜、精度要求高的零件，加工都會非常困難，加工所需時間也會非常長。

而3D打印是一層層積累起來，無論造型多復雜的零件，對于3D打印來說，也是一層層平面，打印難度沒有任何區(qū)別。

這就如同我們用筆畫一個肖像很難，但是打印機一個個點來打印照片，幾秒就可以完成，而且效果非常出色，因為對打印機來說，打印復雜的照片和打一個純色塊原理是一樣的。

因此，對3D打印機來說，造型復雜的物體和最簡單的立方體、圓柱體是一樣的，而且材料更節(jié)省。可以方便快捷并精確地制造造型復雜的物體，這就是3D打印的最大優(yōu)勢。

然而，如同打印的成本要高于印刷的成本一樣，對于大批量制造的產(chǎn)品而言，3D打印的成本要遠遠高于模具沖壓、澆鑄、注塑批量生產(chǎn)的成本。

理論上，可以通過3D打印的方式，制造一輛汽車的外殼，但是這種方式制造出來的汽車價格高的離譜，根本沒有競爭力。

此外，3D打印的材料也有很多限制。3D打印所用的能夠快速成型的粉末金屬、塑料、陶瓷、砂子顆粒等材料，在成型之后，其性能是有限的。強度、硬度、抗腐蝕、抗沖擊這些指標未必能達到實用性的要求。做模型做個樣子可以，真正應用到產(chǎn)品上，要經(jīng)受住使用環(huán)境的嚴酷考驗則不那么容易。

3D打印技術的這些缺陷限制了3D打印技術的應用范圍。

3D打印技術對汽車行業(yè)的影響

就目前階段3D打印技術的情況，3D打印出成品的汽車的所有零件，或者直接打印出一臺汽車，還是不現(xiàn)實的。

因為3D打印材料的限制，難以適合汽車要求強度的3D打印材料不好找。

如果只是外殼或者塑料件的替代，那么3D打印可以做。但是成本太高，耗時太長，即使可以打印出來，這輛車也是消費者買不起，用不長久的，沒有市場競爭力。

所以，目前的3D打印技術對汽車行業(yè)來說，更大地意義在于設計和開發(fā)層面。

1.設計層面

傳統(tǒng)上，設計師設計一輛汽車，要先從圖紙開始，然后用設計軟件把概念化的汽車造型變成精確的數(shù)據(jù)和3D模型。如果沒有3D打印技術，下一步就是油泥模型了。

設計師要先像木匠一樣，敲敲打打的制作汽車的骨架；然后像泥瓦匠一樣，把滑石粉、凡士林、工業(yè)用蠟混合起來制作油泥，然后一層層涂到骨架上；最后，再像藝術家一樣，把油泥刮出形狀，作出最后的模型，看看畫紙上、電腦上的模型在現(xiàn)實中是什么樣子。這個過程還是手工業(yè)時代的過程，費時費力。

而使用3D打印技術，設計師只要把電腦制作的3D模型輸入3D打印機，3D打印機很快就可以把油泥模型3D打印出來，效率可以大幅度提升。一步進入信息時代。

汽車不僅僅有一個外殼，汽車內的各個零件如換擋手柄、儀表盤、手套箱、車門把手......，都有一個從電腦到實物的過程。

使用3D打印技術，工程師在電腦上完成模型設計，設計人員則只需幾分鐘就能獲得實體的打印模型，然后整個研發(fā)團隊的每個專業(yè)人員都可以在打印模型基礎上對其進行修改，并與團隊中的其他人即時分享對設計方案的改進，實現(xiàn)“所見即所得”，大幅度提高汽車設計的效率。

2.開發(fā)層面

3D打印技術最大的優(yōu)點是可以方便快捷的制作高精度造型復雜的零件。而汽車中恰恰是有很多造型復雜的高精度零件。

對于批量比較小、達不到開模規(guī)模的高端車而言，3D打印也可以直接制作一些材料能夠滿足要求的零件，降低成本，譬如F1賽車、豪華車、超跑的一些零件。

對于需要大批量生產(chǎn)的零件，3D打印因為材料和成本的原因未必能適用。但是3D打印可以制造使用零件，尤其是一些造型非常復雜、精度要求高、需要反復調試的零件。3D打印可以快速制作出一系列具有細微差異的可測試零件來幫助開發(fā)出最合適的零件，以確保最后定型生產(chǎn)的是選用了最好的零零件。而由此帶來的好處是提高了整個開發(fā)效率，縮短了上市周期，并降低了時間和成本，諸如排氣歧管、差速器殼、后橋等零件都通過這種方式進行原型開發(fā)。

目前，3D打印技術可以大幅度降低汽車開發(fā)過程中和制造過程中的成本，提升工作效率，降低新車型新零件的開發(fā)時間，最終這些會反應到汽車的價格和品質上，品質更好，技術更完善、價格更便宜的汽車會因為3D打印技術的普及而出現(xiàn)，消費者也會從中收益

至于3D打印直接打印出未來大批量生產(chǎn)的汽車，還需要技術3D打印材料、3D打印速度的進一步突破，目前3D打印汽車依然只是夢想。