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，美國的設計公司KOREcologic、數字制造商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打印的優勢和弱點

在現代工業條件下，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，真正應用到產品上，要經受住使用環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來說，更大地意義在于設計和開發層面。

1.設計層面

傳統上，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據和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、電腦上的模型在現實中是什么樣子。這個過程還是手工業時代的過程，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，然后整個研發團隊的每個專業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“所見即所得”，大幅度提高汽車設計的效率。

2.開發層面

3D打印技術最大的優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出最合適的零件，以確保最后定型生產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。

目前，3D打印技術可以大幅度降低汽車開發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，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。