3D打印助力汽车零部件制造的发展

3D打印技术又称为“快速成形技术”或“增材制造技术”，诞生于20世纪80年代末。主要是一种以数字模型文件为基础，将计算机设计出来的图形数据导入3D打印设备，打印机内装有粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过电脑控制将材料叠层添加构造三维物体，最终把计算机上的蓝图变成实物的数字化、智能化增材制造技术。

时至今日，3D打印已慢慢进入大众的视野之中而被广泛知悉，尤其是当3D打印与众多行业相碰撞，与传统行业擦出不一样的火花之后，人们更加原因尝试这种新技术，体验3D打印相比传统工艺所带来的便利。而“3D打印+汽车”这一方式，就是其中一个典型的双赢模式。同时，3D打印是“工业4.0”时代一大标签，为汽车制造行业提供助力。

根据全球工业分析（Global Industry Analysis）调查显示，由于近年来技术的进步、新应用领域的开辟和政府的支持推动了3D打印的广泛使用。到2020年，这一新兴技术的全球市场预计将达到96亿美元，随着3D打印技术在航空航天、教育及医疗等各个领域的相关应用生产环节的拓展与应用，产业链相关企业将持续受益。

3D打印应用案例

作为第一个试用Stratasys Infinite Build 3D打印机的汽车制造商，福特汽车公司目前正在探索如何大规模生产一体式的汽车零部件，如：可以用来打印原型和车辆的扰流板。Stratasys Infinite Build系统能够打印几乎任何形状或长度的汽车零部件，它在汽车制造的方面是一个很大的突破：提供更高效、经济的方式来创建工具、小批量汽车的原型零部件，如福特高性能的产品，以及个性化的汽车零部件。

“有了Infinite Build技术，我们可以打印大型工具、夹具和部件，这让我们可以更加灵活地设计迭代”，福特增材制造研究部门的领导人Ellen Lee说，“我们很高兴能尽早取得Stratasys公司的新技术，从而可以在汽车应用和需求方面，引领汽车大规模打印的发展”。

3D打印对汽车生产来说大有裨益，包括生产重量更轻的零部件以提高燃油效率。一种3D打印扰流器，例如，打印出来的零部件重量可能比同样金属铸造的要轻一半。该技术更符合生产原型和专门的赛车部件小批量零件的成本效益。此外，福特汽车可以用3D打印制造更大的工具和夹具，提供个性化的部件。

3D打印的优越性

利用传统的开发方式，比如：对于一个新的进气歧管，工程师将创建零部件的计算机模型，然后还要等待数月才能生产出原型工具。与传统制造业的“减材制造技术”相比，3D打印技术的魅力主要在于，3D打印技术可直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，具有制造成本低、研制周期短、生产效率高等明显优势。3D打印已成为引领未来全球制造业发展趋势的关键词。与传统研发手段相比，3D打印技术生产汽车零部件可快速成形，运用快速成形技术在设计早期验证产品装配可行性时，能及时发现产品设计差错，缩短开发周期，降低研发成本，快速验证关键、复杂零部件或原型的原理及可行性。

目前，3D打印还没有发展到可以进行大批量制造，但对于小批量生产而言，它更具成本效益。此外，去除了大规模生产中工艺的制约条件后，3D打印的部件可以更有效地发挥作用。

3D打印对汽车零部件制造业的意义

◆ 加快汽车的生产制造

增材制造可以对各个部件进行连续工厂生产，从而防止在正常生产过程中造成损失。此外，速度是另一个要考虑的因素，因为生产过程越快意味着设计和整体开发过程需要更加连贯。而且，如果制造商发现自己需要更传统的部件，而所需要的部件又不在批量生产中，那么他们可以通过简单地调整打印机上的设置来轻松打印他们想要的零部件。

◆ 设计更加灵活

3D打印在设计灵活性方面更加广阔。这样，制造商可以开发更多的定制功能，例如轻质格子结构、更优美的几何形状结构、由两种材料制成的零件，具有电线布线的中空结构等等，这样的例子不胜枚举。汽车经销商可以提供给庞大的消费群体更多样化的定制部件。

◆ 风险较小

需要在不受持续干扰的情况下预测一个更特殊的要求？想要有更好的产能计划吗？生产交货日期需要更准确吗？

3D打印机可以帮助实现这些。汽车制造商的最终目标是尽可能达到最高级别的可预测性，因为可预测性意味着在更短的时间内能够实现这些。如果没有不可预测的问题的话或在生产过程中绝对没有风险时，价格更容易调整。任何东西都可以使用CAD软件进行修改，因为有在线引用引擎，工程师们可以实时收到交货日期。

◆ 不需要供应商

无需最终零件或新工具，制造商也就不需要大量资金来满足客户的需求。在3D技术中，材料使用量显着降低。更重要的是，由于组件非常轻便，处理成本也将大大降低。

◆ 环保

汽车生产商使用具有低燃油排放率的可回收材料来制造3D汽车。你不会发现任何其他具有比3D打印制造还低碳的汽车。与传统工艺相比，制造工艺只需要少量的电力。

你可能不知道这一点，但是3D打印并不是一件新事物。经过30多年的发展，无线电控制汽车的粉丝很快就采用了这项技术。随着3D打印在近年来越来越受欢迎，汽车生产商正在使用该技术来开发生产工具和复杂模型的原型。

这样想：当你在计算机上创建它，为什么要生成多个设计来找到最完美的那个，直到达到所要求的形状，然后简单地打印？

毫无疑问，这个行业还处于发展中，需要时间来完善。但是随着技术进步如此之快，不难想象，3D打印很快就会被许多人所接受。

3D打印汽车零部件存在的问题

虽然3D打印技术已成功地将传统复杂的生产工艺简单化，将材料领域的疑难问题程序化，拥有诸多优势，但就目前的发展来看，如何扩展3D打印技术的应用还存在一些问题。受技术装备、新型材料、设计软件、质量安全和公共环境等制约和影响，目前仅适用于少批量、小尺寸、高精度、造型复杂的零部件和元器件的加工制造，还难以代替传统制造业大规模、大批量的加工制造优势。

由于汽车零部件产品的单价远低于军工产品，成本较高和打印材料种类较少制约了3D打印技术在汽车零部件制造上的应用，目前仅用于新产品或关键零部件的原型、可行性方面的验证。在需要验证零部件强度、刚性等物理特性方面应用不多，目前看，3D打印技术取代传统铸造、锻造技术进行汽车零部件的大批量、规模化生产还不太现实。只有将3D打印技术的个性化、复杂化、高难度的特点与传统制造业的规模化、批量化、精细化相结合，与制造技术、信息技术、材料技术相结合，才能不断推动3D打印技术在汽车零部件产业的创新发展。

应用现状与未来趋势

当前3D打印技术在汽车行业可以有几方面的应用：一是创新设计和校验;二是整体成形，这也是未来的趋势;三是将材料设计、结构设计与制造一体化完成; 新材料、新技术对产业的拉动作用不可小视，3D打印技术能够促使汽车制造企业抛开传统加工生产思路，运用科技创新思路，把3D打印与汽车行业联系起来，完成体系创新。可以实现单件小批快速定制，包括结构设计一体化，进一步实现柔性化。四是复合成形制造，包括工艺复合、材料复合等。

行业进一步的细分及3D打印材料的突破与丰富将有利于增材制造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增材制造技术需求是非常大的，也将有更多的3D打印零部件实现产业化。

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