境外市場(chǎng)動(dòng)態(tài)
WMEM|3D打印技術(shù)在汽車(chē)制造中的應(yīng)用及中國(guó)汽車(chē)業(yè)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
WMEM|3D打印技術(shù)在汽車(chē)制造中的應(yīng)用及中國(guó)汽車(chē)業(yè)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
1986年3D印刷機(jī)在美國(guó)誕生，拉開(kāi)了3D打印技術(shù)發(fā)展的帷幕。30多年來(lái)，3D打印技術(shù)得到了飛速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，以至于英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志將其推崇為“第三次工業(yè)革命”，美國(guó)政府將3D打印技術(shù)作為制造業(yè)發(fā)展的首要戰(zhàn)略任務(wù)。
3D打印（通常也稱(chēng)為“增材制造”）技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在有多種技術(shù)途徑，通常根據(jù)使用材料的不同和構(gòu)建物體方式的不同進(jìn)行分類(lèi)，可分為光固化成型（SLA）、電子束自由成形（EBF）、直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）、電子束熔化成型（EBM）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）、3DP等。目前3D打印技術(shù)已逐步應(yīng)用于汽車(chē)、航空航天、船舶、醫(yī)學(xué)、建筑、服飾、食品等多個(gè)領(lǐng)域。
一、3D打印在汽車(chē)制造中的應(yīng)用
1. 3D打印汽車(chē)的發(fā)展歷程
2010年11月，世界第一輛3D打印汽車(chē)問(wèn)世，這是由美國(guó)Jim Kor團(tuán)隊(duì)研發(fā)的采用3D打印技術(shù)制造的6︰1模型車(chē)，名叫Urbee。2013年初第一臺(tái)原型車(chē)Urbee2誕生，Urbee2一半以上的零件是由3D打印的。
2014年，第一輛3D打印電動(dòng)車(chē)Strati橫空出世，這是一輛只有40個(gè)零部件的3D打印汽車(chē)，整個(gè)打印時(shí)間僅44小時(shí)。
2015年，美國(guó)DM公司打造了全球第一款3D打印跑車(chē)——刀鋒（見(jiàn)圖1），該車(chē)采用3D打印汽車(chē)零部件，然后人工組裝而成。同年，三亞思海3D公司研發(fā)出了中國(guó)的3D打印汽車(chē)。
圖1 刀鋒跑車(chē)
2016年，全球七大3D打印概念車(chē)面市，世界各大品牌汽車(chē)紛紛推出了自己的最新設(shè)計(jì)。2019年，國(guó)內(nèi)XEV公司設(shè)計(jì)出世界第一款量產(chǎn)3D打印電動(dòng)汽車(chē)。
2. 3D打印技術(shù)在汽車(chē)業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀
雖然關(guān)于3D打印汽車(chē)的新聞屢有報(bào)道，但是細(xì)心的讀者不難發(fā)現(xiàn)，3D打印汽車(chē)這個(gè)概念的宣傳力度大于實(shí)際應(yīng)用，以上述七大概念車(chē)為例，3D打印組件僅占整車(chē)中很小的一部分，而且還是非承力件。因此有分析人士認(rèn)為，3D打印汽車(chē)更多的是在宣傳一種技術(shù)發(fā)展理念，通過(guò)這一理念來(lái)拉動(dòng)消費(fèi)，并不是真的要采用3D打印來(lái)生產(chǎn)汽車(chē)。
然而，3D打印作為一項(xiàng)新興技術(shù)有其獨(dú)特的優(yōu)越性，依然在汽車(chē)業(yè)中有著許多成功的應(yīng)用案例。下面從汽車(chē)設(shè)計(jì)、制造和消費(fèi)的不同階段來(lái)分析3D打印技術(shù)在汽車(chē)業(yè)中的應(yīng)用。
在汽車(chē)設(shè)計(jì)階段，3D打印可快速制作概念模型和功能原型，在產(chǎn)品研發(fā)初期大大縮短汽車(chē)零部件的驗(yàn)證時(shí)間，從而縮短汽車(chē)的研發(fā)周期，并盡可能地降低由于設(shè)計(jì)方面的原因而造成的成本浪費(fèi)。例如，蘭博基尼采用3D打印技術(shù)研制引擎管路，實(shí)現(xiàn)了用較短的時(shí)間完成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制作。
在汽車(chē)制造階段，汽車(chē)的外飾包括車(chē)燈、保險(xiǎn)杠、徽標(biāo)、擋泥板等，汽車(chē)的內(nèi)飾包括聲學(xué)系統(tǒng)、方向盤(pán)、儀表板、操作桿等，以及底盤(pán)、車(chē)身等都成功應(yīng)用了3D打印技術(shù)。據(jù)報(bào)道，3D打印技術(shù)的應(yīng)用在縮短生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本方面發(fā)揮了重要作用。
汽車(chē)消費(fèi)階段，也就是說(shuō)汽車(chē)進(jìn)入消費(fèi)者手中，廠(chǎng)商需要對(duì)其車(chē)輛進(jìn)行維保、修復(fù)，在這一領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可謂大展身手。比如，保時(shí)捷采用3D打印技術(shù)為經(jīng)典汽車(chē)生產(chǎn)零備件，奔馳公司采用3D打印的零部件修復(fù)20世紀(jì)50年代的跑車(chē)，寶馬公司采用3D打印零件修復(fù)老舊座駕。此外，在汽車(chē)零部件的供應(yīng)鏈中，應(yīng)用3D打印技術(shù)已是目前各大公司的追求目標(biāo)。
3. 3D打印是噱頭還是工業(yè)革命？
在3D打印技術(shù)發(fā)展的如火如荼的時(shí)候，也有業(yè)內(nèi)人士指出，3D打印技術(shù)在批量生產(chǎn)方面還無(wú)法與傳統(tǒng)工業(yè)相比，標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)還無(wú)法大規(guī)模實(shí)現(xiàn)，打印材料遠(yuǎn)未達(dá)到廣泛使用的要求，高性能零部件的打印技術(shù)還沒(méi)有形成，復(fù)合型人才的缺乏等，都限制了3D打印技術(shù)的推廣應(yīng)用，更不要說(shuō)3D打印整車(chē)了，3D打印汽車(chē)也只是一個(gè)博人眼球的噱頭而已。
另一方面的聲音就很樂(lè)觀了。早在2014年就有學(xué)者撰文《3D打印技術(shù)顛覆汽車(chē)制造業(yè)》，提出了3D打印技術(shù)將引領(lǐng)汽車(chē)制造業(yè)的觀點(diǎn)。2016年，《美國(guó)汽車(chē)新聞》評(píng)選出全球十二大汽車(chē)行業(yè)的顛覆者，3D打印位居榜首。由此可見(jiàn)3D打印技術(shù)的先進(jìn)性。
3D打印是“噱頭”還是“工業(yè)革命”？我們應(yīng)該客觀評(píng)價(jià)3D打印技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，既不要抵觸，也不要神話(huà)。作為一種新興的科學(xué)技術(shù)，3D打印有著傳統(tǒng)工藝無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，但不可否認(rèn)也存在無(wú)法克服的缺陷，我們應(yīng)該做的是盡可能的發(fā)揮其長(zhǎng)處，在生產(chǎn)中取得更高的效益。
4. 3D打印汽車(chē)的發(fā)展前景
（1）分析3D打印技術(shù)在汽車(chē)行業(yè)中的應(yīng)用前景之前，不妨先分析一下汽車(chē)未來(lái)發(fā)展的方向特點(diǎn)，歸納起來(lái)有以下四個(gè)方面。
新能源：2019年7月1-3日，世界新能源汽車(chē)大會(huì)在海南博鰲隆重召開(kāi)，大會(huì)聚集了全球?qū)＜液途ⅲ托履茉雌?chē)的創(chuàng)新、市場(chǎng)、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)等問(wèn)題進(jìn)行研討。近幾年來(lái)，我國(guó)的新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量持續(xù)增長(zhǎng)，而新能源汽車(chē)中純電動(dòng)車(chē)占比超過(guò)80%。在全球汽車(chē)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和環(huán)境持續(xù)改善的產(chǎn)業(yè)要求下，新能源汽車(chē)將是未來(lái)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。
輕量化：世界各國(guó)為提高車(chē)輛燃油效率，減少二氧化碳的排放量，紛紛制定法律法規(guī)，以促進(jìn)改善環(huán)境。在全世界節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的大背景下，汽車(chē)輕量化成為汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的重要方向之一。
智能化：汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的智能化可分為兩個(gè)方面，智能制造和智能駕駛。智能制造是制造業(yè)的發(fā)展目標(biāo)，汽車(chē)行業(yè)自然也不例外。華為5G+C-V2X車(chē)載通信技術(shù)的開(kāi)發(fā)，為智能駕駛提供了新的技術(shù)保障，未來(lái)的汽車(chē)有可能像科幻片中的汽車(chē)一樣，我們坐在車(chē)?yán)铮f(shuō)出目的地，汽車(chē)會(huì)自動(dòng)、安全地將我們送到。
個(gè)性化：個(gè)性化定制彰顯個(gè)性魅力，滿(mǎn)足不同消費(fèi)者的個(gè)性需求，將是未來(lái)汽車(chē)開(kāi)發(fā)的方向之一。在傳統(tǒng)生產(chǎn)模式下，個(gè)性化定制是一部分人的消費(fèi)專(zhuān)利，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，個(gè)性化定制必將走入尋常百姓家。
（2）通過(guò)以上對(duì)汽車(chē)未來(lái)發(fā)展方向的分析，汽車(chē)的研發(fā)與制造會(huì)發(fā)生以下幾方面的變化。
汽車(chē)構(gòu)造的重新設(shè)計(jì)：有人曾經(jīng)設(shè)想，電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)，取代了傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，整個(gè)汽車(chē)的構(gòu)造發(fā)生了重大變化。可將電機(jī)裝入輪轂中，由導(dǎo)線(xiàn)連接電池，傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)等都不需要了，取而代之的是車(chē)載通信、音響視頻系統(tǒng)等。
復(fù)雜構(gòu)件的制造：汽車(chē)輕量化不僅可以從使用輕型材料來(lái)實(shí)現(xiàn)，還可以從復(fù)雜構(gòu)件的設(shè)計(jì)上達(dá)到減輕重量的目的。
私人定制：汽車(chē)在保障必要功能的前提下，其外觀和個(gè)性需求受到消費(fèi)者的重視，也是爭(zhēng)奪市場(chǎng)的有利武器，因此私人定制也是汽車(chē)制造的重點(diǎn)關(guān)注方向之一。
（3）綜上所述，3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)正好將在未來(lái)汽車(chē)制造業(yè)中大顯身手，主要有以下四個(gè)方面。
縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本：3D打印在未來(lái)汽車(chē)研發(fā)階段的應(yīng)用就不僅僅是單個(gè)零部件的試制，而是整個(gè)車(chē)的結(jié)構(gòu)、布局的研發(fā)，大概還沒(méi)人知道未來(lái)汽車(chē)是什么樣子，誰(shuí)能占領(lǐng)3D打印技術(shù)的制高點(diǎn)，誰(shuí)就能用最低的研發(fā)成本，不斷地推陳出新，快速占領(lǐng)市場(chǎng)。
汽車(chē)輕量化的有力武器：以往的汽車(chē)輕量化多注重輕型材料的選擇，受到生產(chǎn)工藝的限制很難從結(jié)構(gòu)上做文章，而3D打印技術(shù)打破了這一瓶頸限制。3D打印在生產(chǎn)多孔、空腔類(lèi)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零部件方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，為汽車(chē)輕量化開(kāi)辟了新的發(fā)展方向。
個(gè)性化設(shè)計(jì)：3D打印不需要傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)與制造過(guò)程，而只需要CAD設(shè)計(jì)圖形即可，因此可以使用不太高的成本來(lái)滿(mǎn)足不同客戶(hù)的個(gè)性化需求，這些個(gè)性化設(shè)計(jì)包括車(chē)型、車(chē)飾等等。例如圖2這款造型可愛(ài)的汽車(chē)，會(huì)受到眾多愛(ài)美人士的喜愛(ài)。
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圖2 造型可愛(ài)的汽車(chē)
零部件供應(yīng)：3D打印零部件的供應(yīng)依然是未來(lái)汽車(chē)業(yè)的重要發(fā)展方向之一，與以往不同的是，在3D打印技術(shù)日漸成熟之后，3D打印所能提供的零件種類(lèi)會(huì)越來(lái)越多，今后在整個(gè)零件供應(yīng)鏈中，尤其是已經(jīng)停產(chǎn)的車(chē)型，可能將不再有實(shí)物零件的存儲(chǔ)，而只要保留各零部件的相關(guān)數(shù)據(jù)，需要時(shí)打印就可以了（見(jiàn)圖3）。
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圖3 3D打印零件
二、中國(guó)汽車(chē)制造業(yè)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
3D打印技術(shù)雖然發(fā)展的時(shí)間不長(zhǎng)，但發(fā)展速度之快令人驚奇，在汽車(chē)制造業(yè)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，這種形勢(shì)會(huì)對(duì)中國(guó)的汽車(chē)制造業(yè)帶來(lái)哪些影響呢？
1. 中國(guó)汽車(chē)制造業(yè)的發(fā)展機(jī)遇
目前在普通消費(fèi)者眼中，國(guó)產(chǎn)汽車(chē)還普遍處于較低端的市場(chǎng)，其性能和品牌影響力遠(yuǎn)不如進(jìn)口汽車(chē)品牌，在傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝條件下，國(guó)產(chǎn)汽車(chē)一直處于追趕地位。在新的形勢(shì)下，全球汽車(chē)企業(yè)都面臨著轉(zhuǎn)型升級(jí)，恰逢3D打印技術(shù)的應(yīng)用，將世界各國(guó)的汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)拉到了同一起跑線(xiàn)上。而在3D打印技術(shù)上，中國(guó)處于世界前列，部分技術(shù)還處于世界領(lǐng)先水平。面對(duì)新的形勢(shì)，中國(guó)企業(yè)似乎還處于優(yōu)勢(shì)地位。抓住這一機(jī)遇，充分發(fā)揮3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，助力汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，將有望在不遠(yuǎn)的將來(lái)成就自己的世界品牌。
2. 中國(guó)汽車(chē)制造業(yè)面對(duì)的挑戰(zhàn)
中國(guó)車(chē)企在面臨新的發(fā)展機(jī)遇時(shí)，同樣也面對(duì)著巨大的挑戰(zhàn)。一方面在傳統(tǒng)汽車(chē)制造業(yè)領(lǐng)域我們相對(duì)落后，即使在同一起跑線(xiàn)上，對(duì)手同樣強(qiáng)大；另一方面，任何一項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用都存在一些潛在的風(fēng)險(xiǎn)，比如新技術(shù)與傳統(tǒng)工藝的兼容性、適用性、產(chǎn)品的可靠性、人員對(duì)新技術(shù)的適應(yīng)性等，都會(huì)影響整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，中國(guó)車(chē)企面臨的挑戰(zhàn)同樣不可小覷。
三、結(jié)束語(yǔ)
3D打印是一項(xiàng)新興技術(shù)，其發(fā)展前景是令人欣喜的。3D打印技術(shù)的廣泛應(yīng)用必將推動(dòng)各行各業(yè)的快速發(fā)展，汽車(chē)制造業(yè)在新的形勢(shì)下也將發(fā)生翻天覆地的變化。中國(guó)汽車(chē)制造企業(yè)應(yīng)該積極應(yīng)對(duì)，加強(qiáng)新技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，成就自己的民族品牌。
《世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng)（WMEM）》雜志2019年第4期 李雪峰 黃安琪 夏申琳中船重工集團(tuán)第七二五研究所
