3D列印技術在汽車製造行業中是雞肋?

衝壓幫 發佈 2019-12-19T04:07:10+00:00

​1986年3D印刷機在美國誕生,拉開了3D列印技術發展的帷幕。30多年來,3D列印技術得到了飛速發展和廣泛的應用,以至於英國《經濟學人》雜誌將其推崇為「第三次工業革命」,美國政府將3D列印技術作為製造業發展的首要戰略任務。

​1986年3D印刷機在美國誕生,拉開了3D列印技術發展的帷幕。30多年來,3D列印技術得到了飛速發展和廣泛的應用,以至於英國《經濟學人》雜誌將其推崇為「第三次工業革命」,美國政府將3D列印技術作為製造業發展的首要戰略任務。

3D列印(通常也稱為「增材製造」)技術發展到現在有多種技術途徑,通常根據使用材料的不同和構建物體方式的不同進行分類,可分為光固化成型(SLA)、電子束自由成形(EBF)、直接金屬雷射燒結(DMLS)、電子束熔化成型(EBM)、選擇性雷射燒結(SLS)、3DP等。目前3D列印技術已逐步應用於汽車、航空航天、船舶、醫學、建築、服飾、食品等多個領域。


一、3D列印在汽車製造中的應用


1. 3D列印汽車的發展歷程

2010年11月,世界第一輛3D列印汽車問世,這是由美國Jim Kor團隊研發的採用3D列印技術製造的6︰1模型車,名叫Urbee。2013年初第一台原型車Urbee2誕生,Urbee2一半以上的零件是由3D列印的。


2014年,第一輛3D列印電動車Strati橫空出世,這是一輛只有40個零部件的3D列印汽車,整個列印時間僅44小時。


2015年,美國DM公司打造了全球第一款3D列印跑車——刀鋒(見圖1),該車採用3D列印汽車零部件,然後人工組裝而成。同年,三亞思海3D公司研發出了中國的3D列印汽車。


圖1 刀鋒跑車


2016年,全球七大3D列印概念車面市,世界各大品牌汽車紛紛推出了自己的最新設計。2019年,國內XEV公司設計出世界第一款量產3D列印電動汽車。


2. 3D列印技術在汽車業中的應用現狀


雖然關於3D列印汽車的新聞屢有報導,但是細心的讀者不難發現,3D列印汽車這個概念的宣傳力度大於實際應用,以上述七大概念車為例,3D列印組件僅占整車中很小的一部分,而且還是非承力件。因此有分析人士認為,3D列印汽車更多的是在宣傳一種技術發展理念,通過這一理念來拉動消費,並不是真的要採用3D列印來生產汽車。


然而,3D列印作為一項新興技術有其獨特的優越性,依然在汽車業中有著許多成功的應用案例。下面從汽車設計、製造和消費的不同階段來分析3D列印技術在汽車業中的應用。


在汽車設計階段,3D列印可快速製作概念模型和功能原型,在產品研發初期大大縮短汽車零部件的驗證時間,從而縮短汽車的研發周期,並儘可能地降低由於設計方面的原因而造成的成本浪費。例如,蘭博基尼採用3D列印技術研製引擎管路,實現了用較短的時間完成複雜結構的製作。


在汽車製造階段,汽車的外飾包括車燈、保險槓、徽標、擋泥板等,汽車的內飾包括聲學系統、方向盤、儀錶板、操作杆等,以及底盤、車身等都成功應用了3D列印技術。據報導,3D列印技術的應用在縮短生產周期、降低生產成本方面發揮了重要作用。


汽車消費階段,也就是說汽車進入消費者手中,廠商需要對其車輛進行維保、修復,在這一領域,3D列印技術可謂大展身手。比如,保時捷採用3D列印技術為經典汽車生產零備件,奔馳公司採用3D列印的零部件修復20世紀50年代的跑車,寶馬公司採用3D列印零件修復老舊座駕。此外,在汽車零部件的供應鏈中,應用3D列印技術已是目前各大公司的追求目標。


3. 3D列印是噱頭還是工業革命?


在3D列印技術發展的如火如荼的時候,也有業內人士指出,3D列印技術在批量生產方面還無法與傳統工業相比,標準化作業還無法大規模實現,列印材料遠未達到廣泛使用的要求,高性能零部件的列印技術還沒有形成,複合型人才的缺乏等,都限制了3D列印技術的推廣應用,更不要說3D列印整車了,3D列印汽車也只是一個博人眼球的噱頭而已。


另一方面的聲音就很樂觀了。早在2014年就有學者撰文《3D列印技術顛覆汽車製造業》,提出了3D列印技術將引領汽車製造業的觀點。2016年,《美國汽車新聞》評選出全球十二大汽車行業的顛覆者,3D列印位居榜首。由此可見3D列印技術的先進性。


3D列印是「噱頭」還是「工業革命」?我們應該客觀評價3D列印技術的發展與應用,既不要牴觸,也不要神話。作為一種新興的科學技術,3D列印有著傳統工藝無法比擬的優勢,但不可否認也存在無法克服的缺陷,我們應該做的是儘可能的發揮其長處,在生產中取得更高的效益。


4. 3D列印汽車的發展前景


(1)分析3D列印技術在汽車行業中的應用前景之前,不妨先分析一下汽車未來發展的方向特點,歸納起來有以下四個方面。


新能源:2019年7月1-3日,世界新能源汽車大會在海南博鰲隆重召開,大會聚集了全球專家和精英,就新能源汽車的創新、市場、產業轉型升級等問題進行研討。近幾年來,我國的新能源汽車產銷量持續增長,而新能源汽車中純電動車占比超過80%。在全球汽車產業轉型升級和環境持續改善的產業要求下,新能源汽車將是未來汽車產業的發展方向。


輕量化:世界各國為提高車輛燃油效率,減少二氧化碳的排放量,紛紛制定法律法規,以促進改善環境。在全世界節能減排、保護環境的大背景下,汽車輕量化成為汽車行業發展的重要方向之一。


智能化:汽車產業的智能化可分為兩個方面,智能製造和智能駕駛。智能製造是製造業的發展目標,汽車行業自然也不例外。華為5G+C-V2X車載通信技術的開發,為智能駕駛提供了新的技術保障,未來的汽車有可能像科幻片中的汽車一樣,我們坐在車裡,說出目的地,汽車會自動、安全地將我們送到。


個性化:個性化定製彰顯個性魅力,滿足不同消費者的個性需求,將是未來汽車開發的方向之一。在傳統生產模式下,個性化定製是一部分人的消費專利,隨著科學技術的發展,個性化定製必將走入尋常百姓家。


(2)通過以上對汽車未來發展方向的分析,汽車的研發與製造會發生以下幾方面的變化。


汽車構造的重新設計:有人曾經設想,電動汽車的研發,取代了傳統的發動機,整個汽車的構造發生了重大變化。可將電機裝入輪轂中,由導線連接電池,傳統的發動機系統和傳動系統等都不需要了,取而代之的是車載通信、音響視頻系統等。


複雜構件的製造:汽車輕量化不僅可以從使用輕型材料來實現,還可以從複雜構件的設計上達到減輕重量的目的。


私人定製:汽車在保障必要功能的前提下,其外觀和個性需求受到消費者的重視,也是爭奪市場的有利武器,因此私人定製也是汽車製造的重點關注方向之一。


(3)綜上所述,3D列印技術的優勢正好將在未來汽車製造業中大顯身手,主要有以下四個方面。


縮短研發周期,降低研發成本:3D列印在未來汽車研發階段的應用就不僅僅是單個零部件的試製,而是整個車的結構、布局的研發,大概還沒人知道未來汽車是什麼樣子,誰能占領3D列印技術的制高點,誰就能用最低的研發成本,不斷地推陳出新,快速占領市場。


汽車輕量化的有力武器:以往的汽車輕量化多注重輕型材料的選擇,受到生產工藝的限制很難從結構上做文章,而3D列印技術打破了這一瓶頸限制。3D列印在生產多孔、空腔類複雜結構的零部件方面有其獨特的優勢,為汽車輕量化開闢了新的發展方向。


個性化設計:3D列印不需要傳統的模具設計與製造過程,而只需要CAD設計圖形即可,因此可以使用不太高的成本來滿足不同客戶的個性化需求,這些個性化設計包括車型、車飾等等。例如圖2這款造型可愛的汽車,會受到眾多愛美人士的喜愛。


圖2 造型可愛的汽車


零部件供應:3D列印零部件的供應依然是未來汽車業的重要發展方向之一,與以往不同的是,在3D列印技術日漸成熟之後,3D列印所能提供的零件種類會越來越多,今後在整個零件供應鏈中,尤其是已經停產的車型,可能將不再有實物零件的存儲,而只要保留各零部件的相關數據,需要時列印就可以了(見圖3)。


圖3 3D列印零件


二、中國汽車製造業的機遇與挑戰


3D列印技術雖然發展的時間不長,但發展速度之快令人驚奇,在汽車製造業中的應用也越來越廣泛,這種形勢會對中國的汽車製造業帶來哪些影響呢?


1.中國汽車製造業的發展機遇


目前在普通消費者眼中,國產汽車還普遍處於較低端的市場,其性能和品牌影響力遠不如進口汽車品牌,在傳統生產工藝條件下,國產汽車一直處於追趕地位。在新的形勢下,全球汽車企業都面臨著轉型升級,恰逢3D列印技術的應用,將世界各國的汽車生產企業拉到了同一起跑線上。而在3D列印技術上,中國處於世界前列,部分技術還處於世界領先水平。面對新的形勢,中國企業似乎還處於優勢地位。抓住這一機遇,充分發揮3D列印技術的優勢,助力汽車產業的轉型升級,將有望在不遠的將來成就自己的世界品牌。


2.中國汽車製造業面對的挑戰


中國車企在面臨新的發展機遇時,同樣也面對著巨大的挑戰。一方面在傳統汽車製造業領域我們相對落後,即使在同一起跑線上,對手同樣強大;另一方面,任何一項新技術的應用都存在一些潛在的風險,比如新技術與傳統工藝的兼容性、適用性、產品的可靠性、人員對新技術的適應性等,都會影響整個產業的發展。因此,中國車企面臨的挑戰同樣不可小覷。


三、結束語

3D列印是一項新興技術,其發展前景是令人欣喜的。3D列印技術的廣泛應用必將推動各行各業的快速發展,汽車製造業在新的形勢下也將發生翻天覆地的變化。中國汽車製造企業應該積極應對,加強新技術的研發與應用,成就自己的民族品牌。

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