3D打印技术在汽车零部件领域的应用

发布日期：2017-03-13 14:23:34 来源：江淮机电网编辑：whl

　　江淮机电网3月13日报道，目前，国内一些零部件企业已拥有3D打印技术和设备，在开发工程样机和测试用产品时会使用3D打印技术。而没有扩大3D打印使用范围的原因主要是受限于3D打印原材料成本较为昂贵。

　　如今，3D打印技术已由梦想照进现实。在今年的北美车展上，世界首款通过3D打印制造的汽车面世。这家名为Local Motors的美国公司在北美车展上展示了他们利用3D打印技术生产的汽车，这辆3D打印汽车在底盘、内饰、车身外覆盖件方面实现了3D打印生产，主要以ABS塑料钢筋和碳纤维材料作为基础材料。目前，国内一些零部件企业已拥有3D打印技术和设备，在开发工程样机和测试用产品时会使用3D打印技术。而没有扩大3D打印使用范围的原因主要是受限于3D打印原材料成本较为昂贵。可以预见，随着科学技术的不断发展，原材料成本下降有望使3D打印在汽车行业、零部件领域有更多应用。

　　3D打印技术概述

　　3D打印的原理

　　3D打印，即快速成型技术的一种，它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，的确有几分相似。

　　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，其实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打印技术有七种基本类型

　　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。

　　3D打印在汽车制造业中的应用

　　虽然3D打印汽车已经逐渐兴起，但仍旧存在着许多亟待解决的问题。首先，相较传统汽车制造业而言，生产周期和产能还是较低，很难大规模量产。此外，由于需要考虑到安全性等因素，原材料品质与成本因素很难平衡，导致单车生产成本过高也制约着现阶段3D汽车的商业化。

　　不过就现阶段而言，3D打印在汽车领域也已经有了很好的应用。除了整车3D打印技术外，已经有两个领域开始了应用阶段：

　　设计领域，由于3D打印的快速成型特性，汽车厂商可以应用于汽车外形设计的研发。相较传统的手工制作油泥模型，3D打印能更精确的将3D设计图转换成实物，而且时间更短，提高汽车设计层面的生产效率。目前许多厂商已经在设计方面开始利用3D打印技术。

　　零部件领域，3D打印技术还能快速的生产造型复杂的产品，而汽车零部件正是。在传统汽车制造领域，汽车零部件的开发往往需要长时间的研发、测试。从研发到测试阶段还需要制作零件模具，不仅时间长，而且成本高。当存在问题时，修正零件也需要同样漫长的周期。而3D打印技术则能快速制作造型复杂的零部件，当测试出现问题时，修改3D文件重新打印即可再次测试。可以说，3D打印技术让未来零部件的开发成本更低，效率更高。

　　3D打印整车很难在近期改变人们的生活，但3D打印在以上两个领域将在短时间内让消费者从中受益。研发阶段成本的降低、效率的提高将为消费者带来更高品质的汽车产品，同时价格也将更实惠。

　　3D打印在汽车零部件行业推广仍有瓶颈

　　材料缺乏是发展瓶颈

　　虽然国内已有汽车零部件企业通过3D打印技术制作制动连杆、制动片、车灯、线束等复杂的结构件用于研发使用。但相比欧美国家，3D打印在我国汽车零部件行业应用发展刚刚起步，而制约其发展的瓶颈是材料缺乏与行业认知低。

　　材料已经被视为3D打印产业发展的拦路虎。当前市场上的化工材料有1万多种，而能够应用于3D打印技术的却只有50多种。材料应用方面还有很大空间可以突破，很多企业正在积极研发新材料。例如，巴斯夫集团正在针对汽车内饰件的专业材料进行研发，不久更多汽车内饰件就可以应用到3D打印技术。”

　　据悉，目前满足汽车零部件行业3D打印要求的材料有纯尼龙材料、矿纤复合材料、碳纤材料、玻璃微珠复合材料等。采用较多的是尼龙粉末材料，其具有色泽稳定、抗氧化性好、尺寸稳定等优点，成品后期喷漆效果好。

　　相关行业专家认为，行业细分化、打印材料的突破与丰富将有利于3D打印技术在汽车零部件行业更好、更快发展。3D打印零部件材料种类显著增加，意味着零部件制造成本或在三到五年内大幅下降。未来，整车以及零部件领域对3D打印技术需求是非常大的，或许会有更多的3D 打印零部件实现产业化。

　　行业认知较低

　　在这个整车与零部件制造商疯狂压缩成本、提高利润、以量取胜的时代里，一项新技术能否立竿见影地让企业看到效益和利润，成为该技术可否推广的重要衡量标准。对此，相关行业专家略显失望：“3D打印缩减的研发费用、开发周期是隐形的，并非能够马上带来实际生产效益，因此3D打印在零部件行业推广仍十分困难。”

　　彼牧公司汽车事业部3D打印经理王弄璋说：“我们发现很多企业对3D打印认识不深，企业内没有可以对接3D打印技术的部门，这增加了对零部件、整车企业推广3D打印技术的难度。一台3D打印设备价值上百万元，如果没有及时可预见的效益，一般企业很难认可这笔投入。”

　　不过可喜的是，随着3D打印技术的深入，目前已有上汽、大众等部分整车企业联合零部件企业制作汽车内外饰件的3D产品，越来越多的制造商们已经开始接受3D打印技术。同时，政府也能够协助行业建立一个有效平台，把高校、企业与零部行业联合，则可以快速有效推动3D打印技术在零部件行业的应用与发展。

　　国家级政策助推零部件3D打印技术发展

　　2月28日，工业和信息化部、国家发展改革委、财政部研究制定的《国家增材制造产业发展推进计划（2015～2016年）》（简称“《计划》”）对外发布。《计划》提出2016年，初步建立较为完善的增材制造（又称“3D打印”）产业体系，产业销售收入实现快速增长，年均增长速度达30%以上，整体技术水平与国际同步。

　　在汽车零部件制造、整车开发过程中需要对汽车外形、内外饰件造型进行设计、评审和确定，应用3D打印技术可以制定车灯、座椅、方向盘和轮胎等零部件快速成型件。此外，对于整车开发过程中产品设计可靠性的验证环节，3D打印技术可以在设计前期制作样件验证，降低设计风险，减少研发成本。这是3D打印技术在汽车零部件领域应用的优势，而《计划》的发布有望加快3D打印技术与零部件研发跨界联合，使该技术得到更广泛应用。

　　相关行业专家表示，现阶段我国是一个制造大国而非创造大国，制造应该积极推广科学有效的路径扭转当前的局面，而3D打印就是其中一个可靠的办法。《计划》发布非常及时，解决了3D打印如何与各行各业有效结合的发展难题。同时，刺激零部件企业能够利用3D打印技术进行积极创新，也为3D打印在零部件行业应用带来广阔的市场。

　　2012年，3D打印在我国开始产业化，但该技术在汽车零部件行业推广初期，几乎没有整车厂和零部件制造商愿意采用这项技术。2014年相关政府部门开始在行业内调研，到2015年《计划》正式发文，业内制造商对3D打印认知逐渐提升，部分企业实现对3D技术认知到应用的过渡。对此有关专家表示，3D打印带来了汽车零部件行业技术的革新，带来了商机，《计划》会刺激这一新兴行业在未来5～10年飞速发展。

　　未来3D打印技术对于汽车零部件行业的影响

　　3D打印技术能够促进汽车零部件行业的创新能力

　　对于自主品牌供应商来讲，零部件样品试制环节是零部件商非常重视的试验田。样品试制若采用传统制造工艺，则往往需要开发许多模具并通过复杂的工艺来生产，因而大大拉升了样品试制的成本和时间。而3D打印技术的火爆一方面源自其技术符合工业生产变化的需求，向着快速、低成本方向发展；另一方面则来自于其跨领域的生产模式，可以实现多领域通用，能有效地将大规模生产与手工生产融于一体，这对于传统开模生产来讲可谓是破坏性创新。

　　提高生产效率、降低开发成本

　　不仅如此，3D打印技术优势在于能快速更改设计差错、提高生产效率、降低开发成本。相较于传统的模具开发，以及锻造、铸造等复杂的工艺，简化了中间环节，从而减少了人力与物力的消耗，缩短开发周期。相对于目前国内零部件45天以上的开发周期，3D打印技术依据零部件的复杂程度，只需要1～7天的开发周期，并且在复杂零部件的制造方面具有突出优势。

　　全面渗透到汽车个性化定制需求中去

　　3D打印技术在汽车零部件方面的应用或许就能够带来更大的想象空间。人们可以在诸如ARA之类的硬件平台上得到自己所喜欢的汽车零部件，比如汽车保险杠、后视镜等内外饰件，来组装成自己的定制化汽车。再者，利用3D打印技术生产的零部件也可以降低维修成本，将损坏的、紧缺的零部件打印出来，也降低了库存成本。

　　可以说，3D打印技术存在的意义就是能够使人们将数字世界与现实生产结合得更为紧密，将产品制造和个人需求无缝对接。

　　由此，我们不难看出，通过3D打印技术，将来有一天人们也可以打印自己想要的汽车零部件，实现更深层次的个性化定制，而非目前简单的外观区分；甚至还可以打印出自己心目中的汽车，能真正能开上马路的汽车。

　　结语

　　3D打印究竟能为汽车业、乃至整个制造业带来哪些价值，谁也无法明确表达。如何去制定和推广行业标准也处于摸索阶段。在笔者看来，3D打印技术为汽车业带来的价值目前仍主要表现为加速产品开发和验证，以及提高小批量生产效率等方面。此外，就像自动驾驶、碳纤维材料、液流电池、无线充电、新能源车等等，每项新技术在普及过程中，总会遇到来自传统产业的阻力和各界的质疑，也正因为有这些压力，一项新技术才能在“历练”中“螺旋式上升”，改进、改变、甚至颠覆原有的技术体系。（中国汽车工业信息网杨艳）

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