3D 打印一辆汽车,靠谱吗?

· Mar 13, 2015

(本文内容来源于盖世汽车网「3D 打印微课堂活动」,主讲人许小曙)

3D 打印是什么?

3D 打印,又称增材制造技术,是快速成型技术的一种。这是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。与普通打印机相比,3D 打印机的「墨水」为原材料,通过若干层材料的堆叠达到立体效果。有许多人将这一过程比喻为搭积木。

提及 3D 打印,不免有人将其与号称「当今机械加工和机械制造领域的经典之作」的 CNC 技术相比较,事实上,这是两种不同的技术,3D 打印是增材制造,是用增加相应的材料来成型工件的;而 CNC 是减材制造,是用去除多余的材料来成型工件。这两者也各有各的优势,CNC 的加工精度会高于 3D 打印,而 3D 打印能够制造的零件的复杂程度要远高于 CNC。3D 打印是传统加工方式的一种重要补充,它的主要功能不是替代而是补充,因此,3D 打印和 CNC 结合是一种非常好的形式。

3D 打印技术的优点在于,可以为复杂结构金属零部件免去开发开模环节,缩短新品开发周期,节省出更多的人力、财力和时间。此外,3D 打印技术可使金属零部件的力学性能和精度达到锻造件的指标,保证汽车零部件对于精度和强度的要求。

3D 打印不断升级 但仍然不适合大批量生产

在 007 电影《天幕坠落》里,一辆 1960 年的阿斯顿·马丁 DB5 被炸得粉碎,实际上,电影拍摄里的那辆车就是由 3D 打印技术制作的。

其实 3D 打印并不是一个新概念,已经有近三十年的历史,不过 3D 打印汽车的出现离我们并不遥远。2013 年上半年,一台名为 Urbee 2 的小车诞生了,而其前身 Urbee 早在 2010 年就推出了,只不过当时由于各种问题只停留在了概念阶段。Urbee 2 包含了超过 50 个 3D 打印组件,但这相较传统制造工艺显得十分精简。车辆除了底盘、动力系统和电子设备等,超过 50%的部分都是由 ABS 塑料打印而来。 生产 Urbee 2 需要花费 2500 小时,换算一下就是没日没夜也需要超过 100 天才能打印这样一辆车。

深度解读:3D打印技术在汽车产业的应用

2014 年,Local Motors 公司推出了升级版的 3D 打印车 Strati(斯特拉迪),此车的进步之处首先在于它的底盘部分也采用了 3D 打印技术制造,其次它的打印时间仅为 44 个小时 。如果加上组装时间,最新的数据表明只需要三天就能造出 Strati。从超过 100 天到 3 天,效率的飞速提升预示着 3D 打印汽车的未来发展不可预估。

深度解读:3D打印技术在汽车产业的应用

而就在最近,德国独立汽车设计公司 EDAG 在 2015 年的日内瓦车展上带来一款 3D 打印概念车 LightCocoon,新车外壳每平方米仅重 19 克,是一张 A4 纸的四分之一。

深度解读:3D打印技术在汽车产业的应用

尽管 3D 打印车在不断的兴起和升级,但是,3D 打印技术应用在汽车领域仍然不是它的强项,因为汽车是一个大批量生产的产品,而 3D 打印目前更适合于个性化产品和小批量产品的生产。

3D 打印在汽车中的应用图解

目前 3D 打印技术有七种基本类型,分别为材料熔融挤出 FDM、粘合剂喷射 3DP,材料微滴喷射、粉材平铺融化、直接能量沉积 LENS、薄材叠加 LOM、光敏树脂平铺 SLA。其中,FDM、粉材平铺融化以及 SLA 已经使用在汽车工业制造上了。目前应用主要有五大方面:1、用于设计;2、结构复杂零件的直接制作;3、汽车上的轻量化结构零件的制作;4、定制专用的工件和检测器具;5、整车模型的制作。

3D打印1 3D打印2

 

值得提出的是,3D 打印设备的实际意义是帮助在设计或者产品制样的过程中提高某个环节的效率,而不是完全代替整个流程。就像 Urbee,3D 打印机可以为它实现打印车身外壳、减重车身、个性化设计,但电机等关键零部件都还是来自于传统制造业。与传统企业制造汽车区别最大之处在于,3D 打印汽车是先打印出单个的、一体式的车身,再将其他部件填充进去,而不是将车身各部分组装到一起。

不过,目前 3D 打印应用在汽车领域还是有不少的瓶颈。首先是材料的种类少。目前可以用于 3D 打印材料的种类还是非常有限的,其中用选择性激光烧结 (SLS) 可以打印的主流材料基本就是尼龙材料、玻璃微珠复合材料、直接金属成型材料与间接金属成型材料等。然而这些跟汽车上实际使用的材料种类相比还是有很大差距的。」

除种类少外,3D 打印在材料方面的另一道障碍则是成本。在批量非常小的情况下,模具的成本摊在单件产品上的比较多,这样它的单件产品就会比较贵,但如果用 3D 打印的方式就不存在这个问题,所以单件或者小批量的产品用 3D 打印它的成本是相对来讲低廉的。而像年产几十万辆汽车的这种批量,如果用 3D 打印的方式目前来看成本是不合算的。」

至于 3D 打印未来的发展趋势,个性化定制或许是 3D 打印未来最适合的领域。而在其发展中,材料将会呈现多样化,其次打印机将呈现系列化,从尺寸与温度上形成系列。

总体而言,3D 打印因材料、成本等各方面的限制,在汽车产业的应用由梦想照进现实还有较长一段路要走,但是未来可期。

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