3D打印技术如何改变汽车的设计

【编者按】中国开启工业4.0转型时代汽车行业作为制造业中占有主导位支柱产业制造压力加研发变越来越重要利用3D打印技术提汽车生产效率降生产成本外观怎样具个性都汽车及其零部件企业需要考虑问题。

根据哈佛的一项研究显示，美国人平均每天有101分钟用于开车。如用一生的时间来衡量，则有37935个小时用于开车，这一结果着实惊人。但令人沮丧的是，大多数美国人花费的燃油费可能赶上汽车本身的费用。 全自动驾驶汽车的出现势必影响统计数据的结果。想象全自动驾驶汽车增加的额外4.3年的生产力，您将重新拥有生命中所有的美好时光。您还可以腾出额外的一、两个星期用来度假。

除了经济和现实方面的考虑，全自动驾驶汽车的新时代正引领我们向前迈进。随着3D打印技术的出现，我们的步伐又向前迈开了一大步，其带来的定制无疑是行业的又一大惊喜。

人们总是喜欢个性化的事物。我们不遗余力地展示我们独特的风格、品味和购买力。我们雇佣建筑师按我们心仪的方式设计房子。我们在工作中装饰着属于我们的小隔间。我们在线定制运动鞋。在我们的一生中，我们花费上千小时在我们的战车上，难道不应该有所为？难道我们的战车不值得来一场个性化的定制?难道我们不应该走进汽车专卖店，寻一位中意的设计师，聊聊我们对汽车的期待，并看着他将这些预期点投入电脑设计(CAD)程序中，随后，一个巨大的3D打印机在现场便可以制造出我们想要的东西？

图1：未来的汽车是否可以定制？一些设计师对此坚信不疑

3D打印店和设计师相信，我们可以在某一时刻实现汽车的定制。实际上，洛克汽车公司(Local Motors)，即贸泽电子公司(Mouser) “自动核心挑战”(Essenceof Autonomy Challenge)项目的合作伙伴，已经在3D汽车打印方面推动创新，直面挑战，并还将进一步发展自动化。这是个不小的努力。通常，一辆现代化的汽车有约2万个独立的部件，经精心组装而成，每个部件都对应一项功能(另外还有一些人负责监督和维修)。

不同的汽车部件由不同的材料制成，且形状各异，厚度不等，更不用说复杂程度的差异。还有电脑和电子系统、引擎，电池等。所以，不可能简单地按下按钮就能把汽车打印出来。事实上，传统的装配线可以一次制造一百辆汽车，而即使是当今最先进的3D打印机，短期内也只能打印一辆汽车。所以说，3D汽车打印是个伟大的梦。

有很多专家声称，在未来的100年里，由于缺乏现有的基础设施、设计要求及联邦安全法规，大规模地实现汽车个性化设计几乎是不可能的，但也有许多看似具有挑战性的假设。阿尔德·莱利从事汽车行业将近10年，他说：“如果只是预期一辆普通的机械汽车，那所有的东西都可以在2016年打印出来。但如果预期具有空调、电动窗等现代设施的汽车，且特斯拉CEO伊隆·马斯克可以从他的山景办公室操控你的汽车，这将到2025年才可能实现。”

汽车的自我重塑

值得关注的是，汽车行业的价值可达9万亿美元，且汽车界已历经多次改革。消费者是决定行业兴衰起落的关键。而消费者需要定制。

“亨利·福特在汽车行业刚起步时曾失去了市场份额，因为他不认为有必要进行定制。”纽约某公司发明家、设计师及工程师马尔科·佩里说:“人们只喜欢黑色。但最终，通用公司向福特证明，用户是有颜色需求的。”

图2:自福特T型车时代以来，汽车设计和用户选择已经走了很长一段路——不仅仅是颜色的选择。

尽管如此，佩里承认，太多的选择或开放式的选择只会让人感到困惑，而且不可能像汽车制造那样为了服务小众而进行大规模的定制。这是因为人们不需要生产大量的库存来降低生产成本。3D打印制造商约翰·卡瓦拉对此深表赞同。“这是规模问题，”他说：“你仍然需要一个非常大的3D打印机来打印保险杠”。然而，随着指数率技术的发展，这种预测并非匪夷所思，甚至发展速度超过了人们的预期。

例如，我们可以从汽车车身开始制作，然后再不断添加。理论上，制造商可以开发一种可控制的CAD系统，用户可以在其中添加汽车的底盘，但不能从中减去。该软件甚至可以进行虚拟风洞性能测试，以确定增加车身将如何影响性能，并自动确保阀帽、门、气罐门、窗等仍能可用，以及挡风玻璃雨刷、侧视镜、天窗等也能考虑在内。

其他专家认为，在特定的安全指导方针下，减少生产可能更有意义，因为在重量较轻的3D打印材料中，汽车从5000磅缩减至1500磅会产生一些重要的安全问题，且这些问题尚未得到全面解决。卡瓦拉说：“汽车行业受到安全监管。如果给予消费者改变汽车设计的能力，就需要承担相应的风险。”

材料是3D打印给汽车设计和生产带来改变的另一个方面。航天工业，就像汽车工业需要长期可靠的部件一样，已经开始发生改变。卡瓦拉指出，由于航空航天业的单位产量较低，许多公司已经在3D打印机上进行创新。“航空航天业非常重视3D打印的优势，尤其是在设计重量较轻的产品时。”他指出，航空公司每年只生产几十架新飞机，而汽车业则需要生产数十万辆汽车。

“在过去的一两年里，人们的主要焦点集中于新材料和汽车打印的工艺流程。大家都意识到，今天的许多材料都可以得到优化且发挥更多作用。”另一位从事增材制造和工程设计服务的顾问亚当·克拉克说。

“从功能的角度来看，材料只会是金属和碳纤维。但人人皆知，总有一天，有人会把汽车车身从面糊中打印出来。”莱利说。他还指出，由于重量和强度的优势，铝合金框架可能会变得更加普遍。现在，很少有汽车模型是铝材质的，因为其在目前的技术中很难使用。与此同时，克拉克指出，几大OEM厂商已经表明，他们希望在两到三年的时间内定期使用3D打印部件，不过他也承认，无论制造商是否乐意放弃一般买家用户的设计，都是另一回事。他说:“我能看到的是制造商批准的设计方案。”

打破汽车设计的规则

尽管有些人可能觉得，以上所述限制了3D打印个性化定制的创造力，但这并非坏事。毕竟，正如许多设计专家所述，很少有客户真正了解他们到底想要什么，许多人也不会为自己设计安全和功能性的东西。“设计工作应该留给设计师”。佩里说:“尽管技术成熟，人们最终也不会期待更多的选择，他们只是想要自己的选择。”

生产一代当然很早就接触了3D技术，但这并不意味着对道路安全及汽车质量的预期已根深蒂固。“未来，许多设计规则将被打破,但我相信，分析工具将会非常强大，足以自动建立一个结构来承受适用条件。”克拉克说。他指出，设计的整体形状和“感觉”将符合人们的预期。不过有一点，一旦机器足够先进，而且一旦具有制造指南，汽车制造商就可以通过对软件进行调整，在同一台机器上打印出一辆跑车和一辆小型货车。况且当下的汽车软件市场，定制附件已经具有巨大的市场。随着3D打印的改进，您将更有效地完成数千个“定制”部件。

那么，汽车维修将变得更便宜吗?如果全自动驾驶汽车真如所宣扬的那样，我们当然不需要太多的汽车修理，但这个问题的答案却是“可能是”。即使是今天，我们也可以找汽车推销商更换车头灯，且发现整个车体都可以在现场进行3D打印，因此减少了在仓库存放零部件的空间，因为3D打印可以消除库存购买及存储空间成本。售后市场零部件供应商将能够按需生产零部件。传统的汽车制造商也逐渐意识到3D打印的优势，其最初是为了取代那些由制造昂贵且资源匮乏的金属材料所制作的工具。

那么，车辆采购的未来又将如何?我们是否可以简单地将虚拟现实头盔和滑动部分拖放到一个自定义的框架上，直到我们对最终结果感到满意为止?这是非常可能的。它还将使汽车按需生产，而不是成千上万地生产后再等待出售。事实上，这正是特斯拉所做的事情。在开始制造工艺之前，先让客户预付定金。这样将更可持续、更环保且更节约成本。

汽车业也可能从制造假肢的公司中获得灵感，这些公司的产品大部分通过3D打印制造。当然，虽然潜在的机制都是标准化的，但许多公司正试图向客户供应个性化的假肢体验。莱利说:“富人总会找到花钱的办法，所以我敢肯定这将是件好事。”

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