3D打印技術(shù)又稱為“快速成形技術(shù)”或“增材制造技術(shù)”，誕生于20世紀(jì)80年代末。主要是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，將計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出來(lái)的圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印設(shè)備，打印機(jī)內(nèi)裝有粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)電腦控制將材料疊層添加構(gòu)造三維物體，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物的數(shù)字化、智能化增材制造技術(shù)。
時(shí)至今日，3D打印已慢慢進(jìn)入大眾的視野之中而被廣泛知悉，尤其是當(dāng)3D打印與眾多行業(yè)相碰撞，與傳統(tǒng)行業(yè)擦出不一樣的火花之后，人們更加原因嘗試這種新技術(shù)，體驗(yàn)3D打印相比傳統(tǒng)工藝所帶來(lái)的便利。而“3D打印+汽車”這一方式，就是其中一個(gè)典型的雙贏模式。同時(shí)，3D打印是“工業(yè)4.0”時(shí)代一大標(biāo)簽，為汽車制造行業(yè)提供助力。
根據(jù)全球工業(yè)分析（Global Industry Analysis）調(diào)查顯示，由于近年來(lái)技術(shù)的進(jìn)步、新應(yīng)用領(lǐng)域的開辟和政府的支持推動(dòng)了3D打印的廣泛使用。到2020年，這一新興技術(shù)的全球市場(chǎng)預(yù)計(jì)將達(dá)到96億美元，隨著3D打印技術(shù)在航空航天、教育及醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用生產(chǎn)環(huán)節(jié)的拓展與應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)將持續(xù)受益。
3D打印應(yīng)用案例
作為第一個(gè)試用Stratasys Infinite Build 3D打印機(jī)的汽車制造商，福特汽車公司目前正在探索如何大規(guī)模生產(chǎn)一體式的汽車零部件，如：可以用來(lái)打印原型和車輛的擾流板。Stratasys Infinite Build系統(tǒng)能夠打印幾乎任何形狀或長(zhǎng)度的汽車零部件，它在汽車制造的方面是一個(gè)很大的突破：提供更高效、經(jīng)濟(jì)的方式來(lái)創(chuàng)建工具、小批量汽車的原型零部件，如福特高性能的產(chǎn)品，以及個(gè)性化的汽車零部件。
“有了Infinite Build技術(shù)，我們可以打印大型工具、夾具和部件，這讓我們可以更加靈活地設(shè)計(jì)迭代”，福特增材制造研究部門的領(lǐng)導(dǎo)人Ellen Lee說(shuō)，“我們很高興能盡早取得Stratasys公司的新技術(shù)，從而可以在汽車應(yīng)用和需求方面，引領(lǐng)汽車大規(guī)模打印的發(fā)展”。
3D打印對(duì)汽車生產(chǎn)來(lái)說(shuō)大有裨益，包括生產(chǎn)重量更輕的零部件以提高燃油效率。一種3D打印擾流器，例如，打印出來(lái)的零部件重量可能比同樣金屬鑄造的要輕一半。該技術(shù)更符合生產(chǎn)原型和專門的賽車部件小批量零件的成本效益。此外，福特汽車可以用3D打印制造更大的工具和夾具，提供個(gè)性化的部件。
3D打印的優(yōu)越性
利用傳統(tǒng)的開發(fā)方式，比如：對(duì)于一個(gè)新的進(jìn)氣歧管，工程師將創(chuàng)建零部件的計(jì)算機(jī)模型，然后還要等待數(shù)月才能生產(chǎn)出原型工具。與傳統(tǒng)制造業(yè)的“減材制造技術(shù)”相比，3D打印技術(shù)的魅力主要在于，3D打印技術(shù)可直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，具有制造成本低、研制周期短、生產(chǎn)效率高等明顯優(yōu)勢(shì)。3D打印已成為引領(lǐng)未來(lái)全球制造業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的關(guān)鍵詞。與傳統(tǒng)研發(fā)手段相比，3D打印技術(shù)生產(chǎn)汽車零部件可快速成形，運(yùn)用快速成形技術(shù)在設(shè)計(jì)早期驗(yàn)證產(chǎn)品裝配可行性時(shí)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)差錯(cuò)，縮短開發(fā)周期，降低研發(fā)成本，快速驗(yàn)證關(guān)鍵、復(fù)雜零部件或原型的原理及可行性。
目前，3D打印還沒(méi)有發(fā)展到可以進(jìn)行大批量制造，但對(duì)于小批量生產(chǎn)而言，它更具成本效益。此外，去除了大規(guī)模生產(chǎn)中工藝的制約條件后，3D打印的部件可以更有效地發(fā)揮作用。
3D打印對(duì)汽車零部件制造業(yè)的意義
◆ 加快汽車的生產(chǎn)制造
增材制造可以對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行連續(xù)工廠生產(chǎn)，從而防止在正常生產(chǎn)過(guò)程中造成損失。此外，速度是另一個(gè)要考慮的因素，因?yàn)樯a(chǎn)過(guò)程越快意味著設(shè)計(jì)和整體開發(fā)過(guò)程需要更加連貫。而且，如果制造商發(fā)現(xiàn)自己需要更傳統(tǒng)的部件，而所需要的部件又不在批量生產(chǎn)中，那么他們可以通過(guò)簡(jiǎn)單地調(diào)整打印機(jī)上的設(shè)置來(lái)輕松打印他們想要的零部件。
◆ 設(shè)計(jì)更加靈活
3D打印在設(shè)計(jì)靈活性方面更加廣闊。這樣，制造商可以開發(fā)更多的定制功能，例如輕質(zhì)格子結(jié)構(gòu)、更優(yōu)美的幾何形狀結(jié)構(gòu)、由兩種材料制成的零件，具有電線布線的中空結(jié)構(gòu)等等，這樣的例子不勝枚舉。汽車經(jīng)銷商可以提供給龐大的消費(fèi)群體更多樣化的定制部件。
◆ 風(fēng)險(xiǎn)較小
需要在不受持續(xù)干擾的情況下預(yù)測(cè)一個(gè)更特殊的要求？想要有更好的產(chǎn)能計(jì)劃嗎？生產(chǎn)交貨日期需要更準(zhǔn)確嗎？
3D打印機(jī)可以幫助實(shí)現(xiàn)這些。汽車制造商的最終目標(biāo)是盡可能達(dá)到最高級(jí)別的可預(yù)測(cè)性，因?yàn)榭深A(yù)測(cè)性意味著在更短的時(shí)間內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)這些。如果沒(méi)有不可預(yù)測(cè)的問(wèn)題的話或在生產(chǎn)過(guò)程中絕對(duì)沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，價(jià)格更容易調(diào)整。任何東西都可以使用CAD軟件進(jìn)行修改，因?yàn)橛性诰€引用引擎，工程師們可以實(shí)時(shí)收到交貨日期。
◆ 不需要供應(yīng)商
無(wú)需最終零件或新工具，制造商也就不需要大量資金來(lái)滿足客戶的需求。在3D技術(shù)中，材料使用量顯著降低。更重要的是，由于組件非常輕便，處理成本也將大大降低。
◆ 環(huán)保
汽車生產(chǎn)商使用具有低燃油排放率的可回收材料來(lái)制造3D汽車。你不會(huì)發(fā)現(xiàn)任何其他具有比3D打印制造還低碳的汽車。與傳統(tǒng)工藝相比，制造工藝只需要少量的電力。
你可能不知道這一點(diǎn)，但是3D打印并不是一件新事物。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，無(wú)線電控制汽車的粉絲很快就采用了這項(xiàng)技術(shù)。隨著3D打印在近年來(lái)越來(lái)越受歡迎，汽車生產(chǎn)商正在使用該技術(shù)來(lái)開發(fā)生產(chǎn)工具和復(fù)雜模型的原型。
這樣想：當(dāng)你在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建它，為什么要生成多個(gè)設(shè)計(jì)來(lái)找到最完美的那個(gè)，直到達(dá)到所要求的形狀，然后簡(jiǎn)單地打印？
毫無(wú)疑問(wèn)，這個(gè)行業(yè)還處于發(fā)展中，需要時(shí)間來(lái)完善。但是隨著技術(shù)進(jìn)步如此之快，不難想象，3D打印很快就會(huì)被許多人所接受。
3D打印汽車零部件存在的問(wèn)題
雖然3D打印技術(shù)已成功地將傳統(tǒng)復(fù)雜的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單化，將材料領(lǐng)域的疑難問(wèn)題程序化，擁有諸多優(yōu)勢(shì)，但就目前的發(fā)展來(lái)看，如何擴(kuò)展3D打印技術(shù)的應(yīng)用還存在一些問(wèn)題。受技術(shù)裝備、新型材料、設(shè)計(jì)軟件、質(zhì)量安全和公共環(huán)境等制約和影響，目前僅適用于少批量、小尺寸、高精度、造型復(fù)雜的零部件和元器件的加工制造，還難以代替?zhèn)鹘y(tǒng)制造業(yè)大規(guī)模、大批量的加工制造優(yōu)勢(shì)。
由于汽車零部件產(chǎn)品的單價(jià)遠(yuǎn)低于軍工產(chǎn)品，成本較高和打印材料種類較少制約了3D打印技術(shù)在汽車零部件制造上的應(yīng)用，目前僅用于新產(chǎn)品或關(guān)鍵零部件的原型、可行性方面的驗(yàn)證。在需要驗(yàn)證零部件強(qiáng)度、剛性等物理特性方面應(yīng)用不多，目前看，3D打印技術(shù)取代傳統(tǒng)鑄造、鍛造技術(shù)進(jìn)行汽車零部件的大批量、規(guī)模化生產(chǎn)還不太現(xiàn)實(shí)。只有將3D打印技術(shù)的個(gè)性化、復(fù)雜化、高難度的特點(diǎn)與傳統(tǒng)制造業(yè)的規(guī)模化、批量化、精細(xì)化相結(jié)合，與制造技術(shù)、信息技術(shù)、材料技術(shù)相結(jié)合，才能不斷推動(dòng)3D打印技術(shù)在汽車零部件產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。
應(yīng)用現(xiàn)狀與未來(lái)趨勢(shì)
當(dāng)前3D打印技術(shù)在汽車行業(yè)可以有幾方面的應(yīng)用：一是創(chuàng)新設(shè)計(jì)和校驗(yàn);二是整體成形，這也是未來(lái)的趨勢(shì);三是將材料設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造一體化完成; 新材料、新技術(shù)對(duì)產(chǎn)業(yè)的拉動(dòng)作用不可小視，3D打印技術(shù)能夠促使汽車制造企業(yè)拋開傳統(tǒng)加工生產(chǎn)思路，運(yùn)用科技創(chuàng)新思路，把3D打印與汽車行業(yè)聯(lián)系起來(lái)，完成體系創(chuàng)新。可以實(shí)現(xiàn)單件小批快速定制，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一體化，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)柔性化。四是復(fù)合成形制造，包括工藝復(fù)合、材料復(fù)合等。
行業(yè)進(jìn)一步的細(xì)分及3D打印材料的突破與豐富將有利于增材制造技術(shù)在汽車零部件行業(yè)更好、更快發(fā)展。3D打印零部件材料種類顯著增加，意味著零部件制造成本或在三到五年內(nèi)大幅下降。未來(lái)，整車以及零部件領(lǐng)域?qū)υ霾闹圃旒夹g(shù)需求是非常大的，也將有更多的3D打印零部件實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
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