3D打印技术能否改变未来汽车制造行业？

【编者按】随着汽车时代的进步，人们手握方向盘的时间越来越多，自动驾驶的浪潮正在涌起。而与之同样备受关注的3D打印技术能否在未来改变整个汽车制造行业呢？

未来能否实现汽车的完全个性化定制？一些设计师对此深信不疑。

来自哈佛大学的一项研究显示，美国人平均每天用于驾驶汽车的时间为101分钟。如果折算到平均寿命当中，人的一生要付出37935小时在驾驶汽车上，约4.3年。而且更加令人沮丧的是，大多数美国人已经习惯了不断付出油费，却使汽车的全部寿命只在其原始价值中度过。

根据上述统计数字，我们可以预示到自动驾驶技术将给人们带来的影响。试想一下，如果能够省下坐在方向盘前的4.3年时光，人们能够做些什么？人们甚至可以每年多挤出两个额外的假期用来享受生活。

伴随着经济性与实用性的考量，自动驾驶的新时代正在逐步向我们走来，而不断向前发展的新技术又给我们带来了另一个新的期待，这就是3D打印技术引领的汽车个性化新趋势。

在追求实现自我价值的当今社会，人们对个性化的事物更感兴趣。人们会不遗余力的表现自己对事物外在形式的感受，展示自己良好的品味，还会为此付出强大的购买力。人们会按照自我喜好聘请设计师进行房屋装修的个性化设计，也会将自己的办公区域装扮的独具匠心，甚至还可以在网上定制自己的专属休闲鞋。然而在人生中要花费数万小时在汽车上，人们能有什么个性化的选择呢？会像人们在其他方面所追求的个性那样吗？人们有可能像装修设计那样，走进一家汽车经销商，和设计师聊聊自己的想法，然后请设计师用CAD软件制作出效果图，最后用一个巨大的3D打印机将整个汽车制作出来吗？

3D打印行业的设计者们相信人们至少可以在某些方面实现汽车个性化设计。事实上，有一些3D打印行业的企业已经开始在当今和未来汽车设计领域开展3D打印的尝试，例如Local Motors公司，它们专注于用3D打印技术尽可能替代现有汽车部件的设计制造。要知道一辆现代汽车拥有超过两万个互相独立的部件协同工作，经过设计精密而高效的流水线组装而成，这些流水线的每一个步骤功能单一，目的明确，辅之以人工对生产过程的监测与维护。要想通过3D打印技术取而代之，需要付出极大的努力去探索技术。

不同种类的车身零部件往往由不同材料制成，有着各自的外形特征和材料属性，因此使用3D打印实现的复杂程度可想而知。更何况还有行车电脑和电气系统、发动机、蓄电池等更加复杂的部件。现实情况是，现代汽车装配流水线一次可以组装数百辆汽车，而3D打印技术在可预测的将来尚不具备打印完整汽车的能力，所以那种点一下按钮就打印出一辆汽车的桥段还只能停留在科幻故事里。

许多业内人士认为，由于缺少必要技术支撑与设计需求，以及安全法规的缺失，大规模实现汽车的完全个性化设计制造在未来100年甚至更远的时间内都不具有可实践性。不过对个性化设计的部分性尝试还是已经出现了，“如果只需要体现车身结构的汽车框架，那么现有的3D打印技术即可实现，如果要实现更复杂的零件，例如车内空调、电控车窗亦或是特斯拉使用的远程控制装置，我认为到2025年可以实现。”一位名叫Alder Riley的业内专家表示。

重新定义汽车外观设计

需要指出的是，汽车工业蕴含着九万亿美元的巨大市场规模，并且汽车工业多次发生变革，每一次都给市场带来巨大的震动。而最终消费者的购买行为影响着行业的沉浮，也决定着企业的生存与繁荣，而当今的消费者们对个性化的需求越来越强烈。

“亨利·福特在汽车工业早期丢掉市场占有率就是因为他忽视了消费者对个性化的需求，”Marco Perry，一位在纽约汽车圈内工作的研发设计工程师表示。“比起千篇一律的黑色，人们更喜欢多种多样的颜色，最终通用汽车以自身在市场上的成功向福特证明了消费者需要自己的选择权。”

在福特T型车的时代之后，汽车设计用了很长时间跟上了消费者选择的脚步，而且可供选择的不再仅仅是车身颜色。

当然，Marco Perry也承认，过量的选择余地和无限制的自主定制只会令消费者眼花缭乱，无法做出合适的决策。而且量产化定制服务与针对特殊需求市场的专有定制服务相比，其生产成本和各种不同零件的储备成本都成倍增长，这直接影响了量产车定制服务的普及。

John Kawola，一家3D打印企业的负责人也认同这个观点。他表示：“问题在于生产规模，例如目前打印一个汽车保险杠就需要使用大型3D打印机，成本非常高。” 不过随着高新科技成指数级数的高速发展，这一愿景的实现并非无法想象，其成本降低到消费者可承担的速度会超过人们的期待。

一种想法是利用加法的思维模式，用户可以选定一款标准车体，然后在其上添加各种个性定制的车身部件。而厂商则需要开发一款CAD软件，帮助用户向选定的车体底盘上添加部件，但是出于安全考虑，已选定的标准车体部分不能减少或更改。而且这种软件应该可以进行仿真风洞试验，用于测试定制成品的风阻水平，并自动确保车身部件如发动机盖、车门、油箱盖、车窗等能够正常开合，同时辅助添加雨刮器、后视镜、天窗等部件。

另外一些业内人士则认为由于3D打印材料普遍轻于传统材料，由此带来的减法思维模式更有意义。但是John Kawola对此表示了担忧，由于汽车产业历来对安全高度重视，并且安全监管法规非常严格，通过3D打印材料虽然可以将车辆大幅减重，甚至能从5000磅降至1500磅，但随之而来的严重安全隐患却并未完全解决，他说：“如果给用户完全放开汽车设计的自由度，那就有可能带来巨大的安全风险。”

材料创新，是3D打印技术为汽车设计和制造领域带来的另一个改变。在对材料技术高度依赖的航天工业领域，这一改变已经开始。John Kawola注意到，航天工业对产品每个组成单元的体积和重量都要精细设计，所以利用3D打印技术进行设计已经开始了。他表示：“航天工业非常重视3D打印技术带来的价值，特别是它能够帮助设计出更加轻质的部件。”反观汽车领域，相对于每年产出的汽车数量，航天领域每年制造的飞行器数量要少很多，3D打印新技术在汽车领域的利用率可见一斑。

“最近一两年，用于打印汽车的新材料和新工艺成为了业界的关注焦点。业内普遍意识到利用3D打印技术，材料不仅可以得到更有效的利用，同时材料本身的性能也会增强。”Adam Clark，一位专注于增量制造技术和工程设计服务的专家表示。

“目前来看制作车身的材料主要是金属和碳纤维，但是大家都相信终有一天用那种浆糊一样的3D材料可以打印出完整的汽车。”Alder Riley半开玩笑的说道，并补充说，“未来汽车设计中使用铝合金框架将越来越普遍，因为铝合金具有高强度，低重量的特点。尽管目前受限于制造工艺铝合金在汽车结构上的应用规模还比较小”。另外，Adam Clark注意到主流OEM厂商已经表态希望能在两到三年内将3D打印的零部件应用到常规生产当中，尽管他认为这与厂商是否愿意将外观设计放权给客户定制无关。“目前看到的情形是即便给用户提供了选择，但这些设计选项仍然必须是经过厂商核准的。”他说。

打破汽车设计常规

尽管有些看法认为厂商控制下的定制服务限制了3D打印个性定制的创造性和广阔的市场机遇，但毕竟，按照多数设计行业人士的观点，一般消费者很难真正搞清楚自己的需求是什么，更不要提他们中的大部分人是否有能力为自己设计出达到功能要求并符合安全标准的定制产品了。“设计工作还是要让专业设计师去完成”是普遍认同的底线。

“总体上说，人们并不关心技术上的具体细节，也不想被过多的选项所困扰，他们所关心的是自己的选择是否真正可以实现。”Marco Perry解释道。

从汽车技术出现至今，生产工艺不断换代，已经取得了很大的进步，但这并不意味着路安全和产品质量的理念在人们造车过程变得根深蒂固了。“我感到将来会有许多现有设计原则被打破，但我认为应有一个足够强大的分析工具来建造一个安全架构应对这种新的设计环境。”Adam Clark说道，但他也注意到新的软件设计的产品形状和质感将会高度还原用户输入的想法。更酷的是，一旦设备足够高级，制造过程的问题也得到解决，汽车厂商仅需调整软件设置，就可以用一台机器，既能打印跑车，又能打印厢式车。更不要说客户加法定制已经在汽车周边产品领域形成了一个巨大的市场。随着3D打印技术的不断进步，数千种定制零件的价格将更有吸引力。

汽车维修的成本也会降低吗？如果自动驾驶汽车真有厂商宣传的那么神乎其神的话，恐怕就没有那么多汽车需要维修了。不过针对此问题给出的回答是“可能会下降。”，试想一下人们到经销商那里去换个车灯，却发现原来整个车身都可以现场3D打印，从而不再需要仓库来存放配件，自然降低了零配件的采购和储运成本。零配件供应商也可以按照需求来生产产品。而传统汽车制造商慢慢会意识到3D打印技术的好处，逐渐用3D打印材料替代昂贵和珍惜的金属材料。

那么，未来购买汽车的场景会是什么样子呢？可能我们只需戴上VR装备，然后在虚拟现实场景中随意选择各种颜色样式的零部件安装到车体上，直到设计出自己满意的车身为止。这很有可能会实现。它也会引导汽车完全按照消费者的定制生产，而不是像现在这样大批量生产出来等着消费者去挑选。这刚好类似于特斯拉先收订金后组织生产的模式。这种模式可持续性强，更加环保，成本效益更好。

汽车行业也可能会从已大量应用3D打印技术的义肢制作行业吸取经验。例如在满足医疗标准的基础上，许多厂商会努力为用户定制完全依个体特点设计的义肢。Alder Riley说：“总会有富人为自己的个性买账，所以我认为汽车个性定制一定会实现。”

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