3D打印技術在汽車輕量化領域的應用分析
魔猴君 行業(yè)資訊 682天前
3D打印技術在汽車零部件領域更廣泛地應用已成大勢所趨。有人說，它將是汽車行業(yè)的一次重大突破，極有可能顛覆傳統(tǒng)的“四大工藝”。如今，理想似乎正一寸寸地照進現實。隨著“工業(yè)4.0概念”的不斷拋出，3D打印作為該革命技術支持的核心之一，近年再次被推到市場的風口浪尖，已經運用于多個行業(yè)。而制造業(yè)的驕子－汽車及零部件制造則是3D打印技術重點推廣領域。但是汽車輕量化是長期趨勢，傳統(tǒng)汽車方面，汽車輕量化是節(jié)能降耗的必由之路。
革新科技不斷涌現的時代，“3D打印”炙手可熱，并且已經運用于多個行業(yè)，汽車及零部件制造則是3D打印技術重點推廣的領域，目前，不僅汽車底盤、內飾、車身外覆蓋件等很多零部件都已成功運用ABS塑料和碳纖維材料作為基礎材料，實現了3D打印生產，“整車”打印也已被秀了多次，打印時間越來越短，技術水平越來越高，賺足了全世界的眼球。
目前主流的3D打印技術有七種基本類型，分別為：材料熔融擠出FDM、粘合劑噴射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、光敏樹脂平鋪SLA。其中，FDM、粉材平鋪融化以及SLA已經應用在汽車工業(yè)制造上了，而且不僅是汽車零部件，很多企業(yè)開始大膽嘗試打印“整個”汽車。
3D打印的優(yōu)勢
與傳統(tǒng)制造業(yè)的CNC數控加工等“減材制造技術”相比，3D打印技術的的魅力主要在于可直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的零件，可以為復雜結構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，具有制造成本低、研制周期短、生產效率高等明顯優(yōu)勢。此外，運用3D打印技術在設計早期驗證產品裝配可行性時，能及時發(fā)現產品設計差錯、復雜零部件或樣機原理的可行性。 生產形狀復雜、尺寸微細、難于制造的零件也是3D打印技術的強項！基于其原理，3D打印技術用于大批量的生產雖然并不快，且成本昂貴，但此技術從零開始堆積材料，不受傳統(tǒng)加工手段制約，可以制造幾乎任意形狀的產品。比如帶有形狀復雜卻十分精確的孔的零件，或者要做一個中空的薄臂件，這時用3D打印工藝就比傳統(tǒng)加工工藝快捷省事。最重要的是，3D打印技術讓零件的制造不再拘泥于工藝，而更多的是取決于想法，越是稀奇古怪，越是傳統(tǒng)加工工藝無法加工的零件，就越是3D打印技術的用武之地。在這個過程中，相對于傳統(tǒng)工藝，節(jié)省成本也是3D打印對用戶的最大吸引力。
現階段的應用
相較傳統(tǒng)汽車制造業(yè)而言，目前，3D打印的產能還是較低，很難大規(guī)模量產。此外，由于需要考慮到安全性等因素，原材料品質與成本因素很難平衡，導致單車生產成本過高也制約著現階段3D汽車的商業(yè)化。 現階段而言，3D打印的應用也許更適合設計領域和汽車研發(fā)階段，還有單件小批量生產，例如整車的油泥模型，車身、底盤、同步器等零部件開發(fā)，以及橡膠、塑料類零件的單件生產。
設計領域，由于3D打印的快速成型特性，汽車廠商可以應用于汽車外形設計的研發(fā)。相較傳統(tǒng)的手工制作油泥模型，3D打印能更精確的將3D設計圖轉換成實物，而且時間更短，提高汽車設計層面的生產效率。目前許多汽車廠商已經在設計方面開始利用3D打印技術，比如奔馳設計中心。
零部件領域，3D打印技術還能快速的生產造型復雜的產品。在傳統(tǒng)汽車制造領域，汽車零部件的開發(fā)往往需要長時間的研發(fā)、測試。從研發(fā)到測試階段還需要制作零件模具，不僅時間長，而且成本高。當存在問題時，修正零件也需要同樣漫長的周期。而3D打印技術則能快速制作造型復雜的零部件，當測試出現問題時，修改3D文件重新打印即可再次測試。可以說，3D打印技術讓未來零部件的開發(fā)成本更低，效率更高。
△3D打印在汽車中的應用圖解
目前應用主要有五大方面： 1、用于設計； 2、結構復雜零件的直接制作； 3、汽車上的輕量化結構零件的制作； 4、定制專用的工件和檢測器具； 5、整車模型的制作。 不過在此值得提出的是，3D打印設備的實際意義是幫你在設計或者產品制樣的過程中提高某個環(huán)節(jié)的效率，而不是完全代替整個流程。就像Urbee，3D打印機可以為它實現打印車身外殼、減重車身、個性化設計，但電機等關鍵零部件都還是來自于傳統(tǒng)制造業(yè)。與傳統(tǒng)企業(yè)制造汽車區(qū)別最大之處在于，3D打印汽車是先打印出單個的、一體式的車身，再將其他部件填充進去，而不是將車身各部分組裝到一起。
3D打印的瓶頸－材料種類少、價格高
因為他的材料和工藝的特殊性，目前3D打印技術運用還是在汽車零件的原型階段，最為有優(yōu)勢。然這些跟汽車上實際使用的材料種類相比還是有很大差距的。所以我們一般是看結構件為主。另外，值得欣慰的是，2016年2月28日，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委、財政部研究制定的《國家增材制造產業(yè)發(fā)展推進計劃（2015－2016年）》提出要將3D打印與汽車、航空航天、生物醫(yī)療等重要細分領域分門別類地進行跨行業(yè)聯合，突破一批增材制造專用材料。到2016年，實現鈦合金、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，滿足行業(yè)發(fā)展需求。這對于3D打印材料的發(fā)展無疑是一劑強心針。 除種類少外，3D打印在材料方面的另一道障礙則是成本，材料成本是一個相對的概念，在批量非常小的情況下，模具的成本攤在單件產品上的比較多，這樣它的單件產品就會比較貴，但如果用3D打印的方式就不存在這個問題，所以單件或者小批量的產品用3D打印它的成本是相對來講低廉的。而像年產幾十萬輛汽車的這種批量，如果用3D打印的方式目前來看成本是不合算的。所以，我們明白了這個就把他應用在個性化并且是小而復雜的結構件，也就是獨一無二的那種產品上面，不是批量化的產品的上面。 在人工智能盛行且一切皆有可能的今天，我們相信在不久的將來，我們相信3D打印在汽車產業(yè)的應用定會越來越廣。 來源：南極熊
