相對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)的“減材制造”，3D打印技術(shù)屬于“增材制造”，被公認(rèn)為是21世紀(jì)最具顛覆性的高科技技術(shù)。3D打印技術(shù)不僅能夠適應(yīng)定制化生產(chǎn)，還具有高度的靈活性，在降低成本、縮短周期、提高工作效率、生產(chǎn)復(fù)雜件等方面具有優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、軍工、消費(fèi)品、醫(yī)療等領(lǐng)域。

深度解析：3D打印汽車(chē)時(shí)代距我們有多遠(yuǎn)

目前，3D打印技術(shù)主要有7種類(lèi)型，分別是材料熔融擠出技術(shù)（FDM）、粘合噴射技術(shù)（3DP）材料微滴噴射、粉材平鋪融化、直接能量沉積LENS、薄材疊加LOM、光敏樹(shù)脂平鋪（SLA）。其中，F(xiàn)DM、粉材平鋪融化以及SLA已經(jīng)使用在汽車(chē)工業(yè)制造上了。

3D打印技術(shù)的主要類(lèi)型

汽車(chē)行業(yè)是個(gè)開(kāi)放的行業(yè)，其龐大的產(chǎn)業(yè)生態(tài)為新技術(shù)的發(fā)展提供了肥沃的土壤，對(duì)3D打印技術(shù)也不例外。在3D打印技術(shù)眾多的應(yīng)用領(lǐng)域，汽車(chē)行業(yè)是3D打印即使最早的應(yīng)用者之一，早在3D打印技術(shù)發(fā)展的初期，一些歐美國(guó)家車(chē)企就開(kāi)始將3D打印技術(shù)應(yīng)用于汽車(chē)研發(fā)過(guò)程。

福特3D打印原型中心員工正在清理3D打印的模具原型

其中，應(yīng)用最早、最深入、范圍最廣的車(chē)企是福特汽車(chē)公司。早在1988年3D打印出現(xiàn)之初，福特汽車(chē)公司就購(gòu)入全球3D打印史上第三臺(tái)3D打印機(jī)。截至目前，福特公司使用3D打印技術(shù)主要集中在打印產(chǎn)品原型，使用的材料多為塑料材料。隨著金屬打印技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)福特將使用金屬材料直接打印最終的產(chǎn)品或者零部件。

福特采用CLOP技術(shù)3D打印機(jī)打印福克斯電動(dòng)車(chē)橡膠墊圈

福特Transit Connect車(chē)型的阻尼器使用了CLOP技術(shù)

在福特汽車(chē)公司密歇根州Dearborn Heights工廠，14臺(tái)不同型號(hào)的工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)每年要打印2萬(wàn)件零部件。這還只是福特5個(gè)3D打印原型中心之中的一個(gè)。目前，福特已利用ExOne公司的3D打印技術(shù)為自己汽車(chē)的引擎打印模具和樣品。同時(shí)，福特與Carbon3D公司合作，采用后者開(kāi)發(fā)的連續(xù)液態(tài)界面3D打印機(jī)（CLIP）量產(chǎn)制造出用于福克斯電動(dòng)車(chē)型的橡膠墊圈和用于Transit Connect車(chē)型的阻尼緩沖器。除福特外，其他汽車(chē)公司巨頭如 BMW、GM、大眾、豐田、Tesla、法拉利、蘭博基尼、保時(shí)捷等也都有應(yīng)用3D打印技術(shù)在自己汽車(chē)的研發(fā)制造中。

向作者提問(wèn)標(biāo)簽：3D打印機(jī)

近幾年，隨著“工業(yè)4.0智能制造”被提出，作為高端智能制造技術(shù)之一的3D打印成為關(guān)注的焦點(diǎn)，2013年，世界上第一輛3D打印汽車(chē)Urbee2誕生，2014年世界第一輛3D打印電動(dòng)汽車(chē)Strati問(wèn)世，2015年，全球首款3D打印超級(jí)跑車(chē)“Blade”3D打印概念賽車(chē)、3D打印太陽(yáng)能汽車(chē)概念設(shè)計(jì)等陸續(xù)登上汽車(chē)舞臺(tái)，它們的登場(chǎng)讓我們看到了3D打印技術(shù)正在以前所未有的速度給汽車(chē)行業(yè)帶來(lái)革命性的變化。

世界第一輛3D打印汽車(chē)Urbee 2

其實(shí)，Urbee 2的前身Urbee早在2010年就已經(jīng)推出，只是屬于概念車(chē)，不能進(jìn)行量產(chǎn)。Urbee 2整個(gè)生產(chǎn)成型耗時(shí)2500小時(shí)，成本大致在5萬(wàn)美元，該車(chē)為混合動(dòng)力，電力驅(qū)動(dòng)時(shí)，可提供6—12kw的動(dòng)力，最大行駛里程可達(dá)64km。

世界第一輛3D打印電動(dòng)汽車(chē)“Strati”

2014年，在美國(guó)芝加哥舉行的國(guó)際制造技術(shù)展覽會(huì)上，Local Motors汽車(chē)公司展出了世界第一輛采用3D打印技術(shù)打造的電動(dòng)汽車(chē)“Strati”。Strati整個(gè)制造過(guò)程僅用時(shí)44個(gè)小時(shí)，車(chē)身3D打印一體成型，全車(chē)僅40多個(gè)零件，除動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、懸架、電池、輪胎、車(chē)輪、線(xiàn)路、電動(dòng)馬達(dá)和擋風(fēng)玻璃外，包括底盤(pán)、儀表板和車(chē)身在內(nèi)的部件均由美國(guó)Cincinnati公司提供的3D打印機(jī)打印，所用耗材為碳纖維增強(qiáng)熱塑性材料，技術(shù)路線(xiàn)為FDM,Local Motors汽車(chē)公司希望Strati量產(chǎn)后的售價(jià)在1.8—3萬(wàn)美元之間。

全球首款3D打印超級(jí)跑車(chē)“Blade”

2015年7月，美國(guó)Divergent Microfactories公司推出全球首款3D打印超級(jí)跑車(chē)“Blade”。Blade車(chē)身大部分由碳纖維制造，底盤(pán)由大約70個(gè)3D打印的“鋁節(jié)點(diǎn)”拼接構(gòu)成，質(zhì)量輕，整車(chē)量約640kg。Blade搭載一臺(tái)700馬力雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)（汽油或壓縮天然氣），0—96km/h加速時(shí)間僅需2秒。Blade整個(gè)制造過(guò)程在40小時(shí)左右。

3D打印概念車(chē)：1L油跑640km（圖源：3ders.org）

2015年7月，鹿特丹舉行的殼牌環(huán)保馬拉松賽（歐洲站）上，一輛來(lái)自波蘭的Iron Warriors團(tuán)隊(duì)使用Zortrax M200 3D打印機(jī)打印的概念車(chē)憑借1L油跑640km的成績(jī)一舉奪冠。該團(tuán)隊(duì)采用3D打印技術(shù)打印大部分零件，在保持零件機(jī)械性能的基礎(chǔ)上，整車(chē)質(zhì)量得到大幅降低。

3D打印太陽(yáng)能超跑概念車(chē)Immortus

2015年8月，澳大利亞初創(chuàng)公司EVX Ventures發(fā)布了一款名為“Immortus”的3D打印太陽(yáng)能超跑概念設(shè)計(jì)。該車(chē)只要是晴天，就可以不間斷運(yùn)行。3D打印技術(shù)在Immortus制造過(guò)程中的作用主要是打印節(jié)點(diǎn)或連接機(jī)構(gòu)進(jìn)行組裝，達(dá)到降低整車(chē)重量的效果。

3D打印在汽車(chē)行業(yè)帶來(lái)的革命性變化

縱觀3D技術(shù)在汽車(chē)行業(yè)近30年的應(yīng)用史，目前還主要集中在研發(fā)環(huán)節(jié)的概念模型和功能性模型的制造，而3D打印技術(shù)在汽車(chē)行業(yè)的終極應(yīng)用形態(tài)是100%的3D打印汽車(chē)。不過(guò)這一終極階段的具體時(shí)間，目前還難以預(yù)測(cè)。

3D打印目前主要應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器、消費(fèi)品、電子、汽車(chē)、航空航天、軍工、教育、生物醫(yī)療等領(lǐng)域，其中，汽車(chē)由于自身規(guī)模大、研發(fā)投入多、應(yīng)用3D打印技術(shù)時(shí)間早等特點(diǎn)，在3D打印技術(shù)應(yīng)用中占有重要地位。

據(jù)全球著名咨詢(xún)機(jī)構(gòu)沃勒斯（Wholers）發(fā)布的“Wholers Report 2015”統(tǒng)計(jì)，2014年3D打印收入中，汽車(chē)占比為16.1%，排名第三，僅次于工業(yè)機(jī)器（17.5%）和消費(fèi)品（16.6%）。令據(jù)Industry Week統(tǒng)計(jì)，在2014年3D打印原型收入中汽車(chē)及運(yùn)輸領(lǐng)域占比超過(guò)3成，在所有應(yīng)用領(lǐng)域中排名第一。

2014年3D打印在各應(yīng)用領(lǐng)域中的收入分布

2014年3D打印原型收入中汽車(chē)及運(yùn)輸占比超3成

此外，根據(jù)SMARTECH報(bào)告，2014年3D打印技術(shù)在汽車(chē)行業(yè)的總市場(chǎng)收入為3.7億美元，預(yù)計(jì)到2023年有望達(dá)到22.7億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)20%。

3D打印技術(shù)在汽車(chē)行業(yè)應(yīng)用的市場(chǎng)空間預(yù)測(cè)

汽車(chē)行業(yè)市場(chǎng)空間巨大，為3D打印在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的市場(chǎng)基礎(chǔ)。2014年，全球銷(xiāo)售汽車(chē)8824萬(wàn)輛，在研發(fā)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)總值超過(guò)萬(wàn)億美元。假如未來(lái)全球汽車(chē)產(chǎn)值保持在2014年的水平，那么，3D打印只要占有其中1%的市場(chǎng)份額，就能達(dá)到百億美元的市場(chǎng)空間。

龐大的汽車(chē)市場(chǎng)為3D打印在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用提供了市場(chǎng)基礎(chǔ)

而隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展和在汽車(chē)行業(yè)的深入應(yīng)用，從現(xiàn)有的市場(chǎng)空間較小的概念模型和功能性原型制造向功能性零部件直接打印擴(kuò)展，那么，3D打印在汽車(chē)領(lǐng)域的市場(chǎng)空間將被真正打開(kāi)，前景無(wú)限寬廣。

3D打印在汽車(chē)行業(yè)應(yīng)用的可行性分析

3D打印技術(shù)要想在現(xiàn)有傳統(tǒng)制造基礎(chǔ)上去尋找市場(chǎng)空間，必然要有比現(xiàn)在傳統(tǒng)制造方式優(yōu)越的一面或者多面，成本更低、效率更高，或者是傳統(tǒng)方式無(wú)法完成而3D打印可以完成的工藝。現(xiàn)有3D打印技術(shù)水平應(yīng)用于汽車(chē)行業(yè)，其優(yōu)勢(shì)在于：

（1）小批量、個(gè)性化制造方面具有成本優(yōu)勢(shì)。

（2）現(xiàn)場(chǎng)按需打印，無(wú)需交付時(shí)間，在縮短周期、提升效率等方面具有優(yōu)勢(shì)。

（3）復(fù)雜件制造方面，3D打印不再因?yàn)椴考��?fù)雜而增加成本，傳統(tǒng)方式或因成本過(guò)高，或無(wú)法制造。

上述部分主要對(duì)3D打印技術(shù)在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用史、市場(chǎng)空間以及可行性分析做了簡(jiǎn)單的介紹，接下來(lái)，我們將從整個(gè)汽車(chē)生命周期對(duì)3D打印技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用案例做具體的分析。

汽車(chē)整個(gè)生命周期包括研發(fā)、生產(chǎn)和使用三個(gè)環(huán)節(jié)，3D打印在每個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中均有應(yīng)用。就目前來(lái)看，在研發(fā)環(huán)節(jié)應(yīng)用較多，集中于打印實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃凸δ苄栽�型，作為設(shè)計(jì)驗(yàn)證和評(píng)估的手段。

3D打印技術(shù)可應(yīng)用于汽車(chē)整個(gè)生命周期

1.研發(fā)環(huán)節(jié)：集中于實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒐δ苄栽�型制�?/span>

汽車(chē)研發(fā)環(huán)節(jié)，以正向開(kāi)發(fā)為例，起點(diǎn)為項(xiàng)目立項(xiàng)，終點(diǎn)是量產(chǎn)啟動(dòng)，一般包括5個(gè)階段：方案策劃、概念設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、樣車(chē)試驗(yàn)以及投產(chǎn)啟動(dòng)。目前，3D打印技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用主要就集中于研發(fā)環(huán)節(jié)，在概念設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、樣車(chē)試驗(yàn)以及投產(chǎn)啟動(dòng)均有應(yīng)用，體現(xiàn)為3D打印試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒐δ苄栽�型等形式�?/span>

帶3D打印配件的本田CVR

用Stratasys的Objet Eden500V 3D打印機(jī)打印的（左）本田霧燈裝飾原型，右邊為最終產(chǎn)品

概念設(shè)計(jì)階段：其中的造型設(shè)計(jì)，一般先針對(duì)不同設(shè)計(jì)方案制作1:5比例的油泥模型，經(jīng)評(píng)審后，篩選2—3個(gè)方案再進(jìn)行1:1的全尺寸油泥模型制作。然后進(jìn)行風(fēng)洞測(cè)試，修改，確定最終方案。在該階段油泥模型的制造可采用3D打印，節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本，同時(shí)易修改。

工程設(shè)計(jì)階段：該階段主要是完成整車(chē)各總成及零部件的設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)各總成之間以及總成與整車(chē)之間的矛盾。其中涉及的車(chē)身數(shù)據(jù)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒘悴考�樣件等均可采�?D打印。

賓利3D打印概念車(chē)EXP 10 Speed 6，網(wǎng)狀進(jìn)氣柵包含復(fù)雜的集合形狀和不同的深度

大燈玻璃內(nèi)飾皮革花紋，透出3D質(zhì)感

樣車(chē)試驗(yàn)階段：包括性能試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)。其中涉及的對(duì)前述設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)檢驗(yàn)未達(dá)要求進(jìn)行修改的過(guò)程可應(yīng)用 3D打印。

投產(chǎn)啟動(dòng)階段：其中涉及各種模具、檢具的開(kāi)發(fā)以及小批量試產(chǎn)驗(yàn)證可靠性均可應(yīng)用3D打印。

2.生產(chǎn)環(huán)節(jié)：集中于小批量、定制化的車(chē)型

蘭博基尼使用3D打印制造最終零部件

3D打印的蘭博基尼發(fā)動(dòng)機(jī)管道

日產(chǎn)使用3D打印制造DeltaWing賽車(chē)零件

生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)零部件機(jī)械性能、光潔度等要求嚴(yán)格，因此對(duì)3D打印技術(shù)水平的要求高，對(duì)應(yīng)的成本也較高。因此，目前3D打印技術(shù)在這一環(huán)節(jié)的應(yīng)用主要集中于一些小批量、定制化、對(duì)成本相對(duì)不敏感的高端跑車(chē)、賽車(chē)上，市場(chǎng)空間小。隨著3D打印技術(shù)的不斷成熟，在打印性能、成本方面有望達(dá)到汽車(chē)直接生產(chǎn)應(yīng)用的要求，因此，3D打印在汽車(chē)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的市場(chǎng)空間十分廣闊。

3.使用環(huán)節(jié)：高端車(chē)、進(jìn)口車(chē)的售后維修

汽車(chē)使用環(huán)節(jié)面對(duì)的是整個(gè)汽車(chē)后市場(chǎng)，包括汽車(chē)金融、二手車(chē)、汽車(chē)售后服務(wù)（售后維修）、改裝車(chē)等細(xì)分市場(chǎng)。其中，3D打印技術(shù)可應(yīng)用于售后維修、改裝車(chē)領(lǐng)域。

保時(shí)捷Carrera904

目前，3D打印在這一環(huán)節(jié)應(yīng)用相對(duì)很少，市場(chǎng)較小，主要原因包括：①目前3D打印機(jī)和原材料成本還是比較高；②打印出來(lái)的部件質(zhì)量缺少檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)；③汽車(chē)零部件知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)；④維修、改裝相關(guān)從業(yè)人員對(duì)3D打印技術(shù)認(rèn)知不足。

3D打印修復(fù)保時(shí)捷Carrera氣缸蓋

高端車(chē)、進(jìn)口車(chē)傳統(tǒng)方式維修周期長(zhǎng)，成本相對(duì)較高，3D打印技術(shù)按需直接打印的特點(diǎn)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)維修周期長(zhǎng)這一缺點(diǎn)，同時(shí)，在成本制造方面與傳統(tǒng)方式比較也能占有一定優(yōu)勢(shì)。因此，高端車(chē)、進(jìn)口車(chē)的售后維修是目前3D打印在汽車(chē)使用環(huán)節(jié)一個(gè)主要的應(yīng)用點(diǎn)。

結(jié)論與展望

汽車(chē)行業(yè)由于自身規(guī)模大、研發(fā)投入多、應(yīng)用3D打印技術(shù)時(shí)間長(zhǎng)等因素，在3D打印技術(shù)應(yīng)用中占據(jù)重要位置。 汽車(chē)行業(yè)巨大的市場(chǎng)規(guī)模為3D打印技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的市場(chǎng)空間，保守估計(jì)，3D打印未來(lái)即使只在每年過(guò)萬(wàn)億美元汽車(chē)研發(fā)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)中占有很小的份額，比如1%的規(guī)模，那其每年在汽車(chē)領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)百億美元。

3D打印技術(shù)在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用貫穿于汽車(chē)整個(gè)生命周期，包括研發(fā)、生產(chǎn)以及使用環(huán)節(jié)，就應(yīng)用范圍來(lái)看，目前3D打印技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用主要集于研發(fā)環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃凸δ苄栽�型制造，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)相對(duì)較少。未來(lái)，3D打印技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域仍將被廣泛應(yīng)用于原型制造。隨著3D打印技術(shù)不斷發(fā)展、車(chē)企對(duì)3D打印認(rèn)知度提高以及汽車(chē)行業(yè)自身發(fā)展需求，3D打印技術(shù)在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用將向市場(chǎng)空間更大的生產(chǎn)和使用環(huán)節(jié)擴(kuò)展，在最終零部件生產(chǎn)、汽車(chē)維修、汽車(chē)改裝等方面的應(yīng)用將逐漸提高。

目前， 3D打印技術(shù)尚不夠成熟，打印速度不高、設(shè)備與原材料成本過(guò)高、生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定等依然是制約其在汽車(chē)行業(yè)大量推廣與應(yīng)用的主要因素。3D打印技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用不可能完全替代傳統(tǒng)制造方式。在汽車(chē)行業(yè)生態(tài)圈中，3D打印更多應(yīng)該是根據(jù)自身優(yōu)勢(shì)找準(zhǔn)其應(yīng)用點(diǎn)，與現(xiàn)有傳統(tǒng)方式結(jié)合，共同提高生產(chǎn)效率、降低成本、發(fā)展新工藝。

(責(zé)任編輯：admin)

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