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WMEM|3D打印技術在汽車制造中的應用及中國汽車業的機遇與挑戰

 

19863D印刷機在美國誕生,拉開了3D打印技術發展的帷幕。30多年來,3D打印技術得到了飛速發展和廣泛的應用,以至于英國《經濟學人》雜志將其推崇為“第三次工業革命”,美國政府將3D打印技術作為制造業發展的首要戰略任務。

3D打?。ㄍǔR渤莆霸霾鬧圃臁保┘際醴⒄溝較衷謨卸嘀旨際跬揪?,通常根據使用材料的不同和構建物體方式的不同進行分類,可分為光固化成型(SLA)、電子束自由成形(EBF)、直接金屬激光燒結(DMLS)、電子束熔化成型(EBM)、選擇性激光燒結(SLS)、3DP等。目前3D打印技術已逐步應用于汽車、航空航天、船舶、醫學、建筑、uedbet赫塔菲官網、食品等多個領域。

一、3D打印在汽車制造中的應用

1. 3D打印汽車的發展歷程

201011月,世界第一輛3D打印汽車問世,這是由美國Jim Kor團隊研發的采用3D打印技術制造的61模型車,名叫Urbee。2013年初第一臺原型車Urbee2誕生,Urbee2一半以上的零件是由3D打印的。

2014年,第一輛3D打印電動車Strati橫空出世,這是一輛只有40個零部件的3D打印汽車,整個打印時間僅44小時。

2015年,美國DM公司打造了全球第一款3D打印跑車——刀鋒(見圖1),該車采用3D打印汽車零部件,然后人工組裝而成。同年,三亞思海3D公司研發出了中國的3D打印汽車。


1  刀鋒跑車

2016年,全球七大3D打印概念車面市,世界各大品牌汽車紛紛推出了自己的最新設計。2019年,國內XEV公司設計出世界第一款量產3D打印電動汽車。

2. 3D打印技術在汽車業中的應用現狀

雖然關于3D打印汽車的uedbet赫塔菲官網屢有報道,但是細心的讀者不難發現,3D打印汽車這個概念的宣傳力度大于實際應用,以上述七大概念車為例,3D打印組件僅占整車中很小的一部分,而且還是非承力件。因此有分析人士認為,3D打印汽車uedbet官網的是在宣傳一種技術發展理念,通過這一理念來拉動消費,并不是真的要采用3D打印來生產汽車。

然而,3D打印作為一項新興技術有其獨特的優越性,依然在汽車業中有著許多成功的應用案例。下面從汽車設計、制造和消費的不同階段來分析3D打印技術在汽車業中的應用。

在汽車設計階段,3D打印可快速制作概念模型和功能原型,在產品研發初期大大縮短汽車零部件的驗證時間,從而縮短汽車的研發周期,并盡可能地降低由于設計方面的原因而造成的成本浪費。例如,蘭博基尼采用3D打印技術研制引擎管路,實現了用較短的時間完成復雜結構的制作。

在汽車制造階段,汽車的外飾包括車燈、保險杠、徽標、擋泥板等,汽車的內飾包括聲學系統、方向盤、儀表板、操作桿等,以及底盤、車身等都成功應用了3D打印技術。據報道,3D打印技術的應用在縮短生產周期、降低生產成本方面發揮了重要作用。

汽車消費階段,也就是說汽車進入消費者手中,廠商需要對其車輛進行維保、修復,在這一領域,3D打印技術可謂大展身手。比如,保時捷采用3D打印技術為經典汽車生產零備件,奔馳公司采用3D打印的零部件修復20世紀50年代的跑車,寶馬公司采用3D打印零件修復老舊座駕。此外,在汽車零部件的供應鏈中,應用3D打印技術已是目前各大公司的追求目標。

3. 3D打印是噱頭還是工業革命?

3D打印技術發展的如火如荼的時候,也有業內人士指出,3D打印技術在批量生產方面還無法與傳統工業相比,標準化作業還無法大規模實現,打印材料遠未達到廣泛使用的要求,高性能零部件的打印技術還沒有形成,復合型人才的缺乏等,都限制了3D打印技術的推廣應用,更不要說3D打印整車了,3D打印汽車也只是一個博人眼球的噱頭而已。

另一方面的聲音就很樂觀了。早在2014年就有學者撰文《3D打印技術顛覆汽車制造業》,提出了3D打印技術將引領汽車制造業的觀點。2016年,《美國汽車uedbet赫塔菲官網》評選出全球十二大汽車行業的顛覆者,3D打印位居榜首。由此可見3D打印技術的先進性。

3D打印是“噱頭”還是“工業革命”?我們應該客觀評價3D打印技術的發展與應用,既不要抵觸,也不要神話。作為一種新興的科學技術,3D打印有著傳統工藝無法比擬的優勢,但不可否認也存在無法克服的缺陷,我們應該做的是盡可能的發揮其長處,在生產中取得更高的效益。

4. 3D打印汽車的發展前景

1)分析3D打印技術在汽車行業中的應用前景之前,不妨先分析一下汽車未來發展的方向特點,歸納起來有以下四個方面。

新能源:201971-3日,世界新能源汽車大會在海南博鰲隆重召開,大會聚集了全球專家和精英,就新能源汽車的創新、市場、產業轉型升級等問題進行研討。近幾年來,我國的新能源汽車產銷量持續增長,而新能源汽車中純電動車占比超過80%。在全球汽車產業轉型升級和環境持續改善的產業要求下,新能源汽車將是未來汽車產業的發展方向。

輕量化:世界各國為提高車輛燃油效率,減少二氧化碳的排放量,紛紛制定法律法規,以促進改善環境。在全世界節能減排、?;せ肪車拇蟊塵跋?,汽車輕量化成為汽車行業發展的重要方向之一。

智能化:汽車產業的智能化可分為兩個方面,智能制造和智能駕駛。智能制造是制造業的發展目標,汽車行業自然也不例外?;?/span>5G+C-V2X車載通信技術的開發,為智能駕駛提供了新的技術保障,未來的汽車有可能像科幻片中的汽車一樣,我們坐在車里,說出目的地,汽車會自動、安全地將我們送到。

個性化:個性化定制彰顯個性魅力,滿足不同消費者的個性需求,將是未來汽車開發的方向之一。在傳統生產模式下,個性化定制是一部分人的消費專利,隨著科學技術的發展,個性化定制必將走入尋常百姓家。

2)通過以上對汽車未來發展方向的分析,汽車的研發與制造會發生以下幾方面的變化。

汽車構造的重新設計:有人曾經設想,電動汽車的研發,取代了傳統的發動機,整個汽車的構造發生了重大變化??山緇叭肼朱敝?,由導線連接電池,傳統的發動機系統和傳動系統等都不需要了,取而代之的是車載通信、音響視頻系統等。

復雜構件的制造:汽車輕量化不僅可以從使用輕型材料來實現,還可以從復雜構件的設計上達到減輕重量的目的。

私人定制:汽車在保障必要功能的前提下,其外觀和個性需求受到消費者的重視,也是爭奪市場的有利武器,因此私人定制也是汽車制造的重點關注方向之一。

3)綜上所述,3D打印技術的優勢正好將在未來汽車制造業中大顯身手,主要有以下四個方面。

縮短研發周期,降低研發成本:3D打印在未來汽車研發階段的應用就不僅僅是單個零部件的試制,而是整個車的結構、布局的研發,大概還沒人知道未來汽車是什么樣子,誰能占領3D打印技術的制高點,誰就能用最低的研發成本,不斷地推陳出新,快速占領市場。

汽車輕量化的有力武器:以往的汽車輕量化多注重輕型材料的選擇,受到生產工藝的限制很難從結構上做文章,而3D打印技術打破了這一瓶頸限制。3D打印在生產多孔、空腔類復雜結構的零部件方面有其獨特的優勢,為汽車輕量化開辟了新的發展方向。

個性化設計:3D打印不需要傳統的模具設計與制造過程,而只需要CAD設計圖形即可,因此可以使用不太高的成本來滿足不同客戶的個性化需求,這些個性化設計包括車型、車飾等等。例如圖2這款造型可愛的汽車,會受到眾多愛美人士的喜愛。


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2  造型可愛的汽車

零部件供應:3D打印零部件的供應依然是未來汽車業的重要發展方向之一,與以往不同的是,在3D打印技術日漸成熟之后,3D打印所能提供的零件種類會越來越多,今后在整個零件供應鏈中,尤其是已經停產的車型,可能將不再有實物零件的存儲,而只要保留各零部件的相關數據,需要時打印就可以了(見圖3)。


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3  3D打印零件

二、中國汽車制造業的機遇與挑戰

3D打印技術雖然發展的時間不長,但發展速度之快令人驚奇,在汽車制造業中的應用也越來越廣泛,這種形勢會對中國的汽車制造業帶來哪些影響呢?

1. 中國汽車制造業的發展機遇

目前在普通消費者眼中,國產汽車還普遍處于較低端的市場,其性能和品牌影響力遠不如進口汽車品牌,在傳統生產工藝條件下,國產汽車一直處于追趕地位。在新的形勢下,全球汽車企業都面臨著轉型升級,恰逢3D打印技術的應用,將世界各國的汽車生產企業拉到了同一起跑線上。而在3D打印技術上,中國處于世界前列,部分技術還處于世界領先水平。面對新的形勢,中國企業似乎還處于優勢地位。抓住這一機遇,充分發揮3D打印技術的優勢,助力汽車產業的轉型升級,將有望在不遠的將來成就自己的世界品牌。

2. 中國汽車制造業面對的挑戰

中國車企在面臨新的發展機遇時,同樣也面對著巨大的挑戰。一方面在傳統汽車制造業領域我們相對落后,即使在同一起跑線上,對手同樣強大;另一方面,任何一項新技術的應用都存在一些潛在的風險,比如新技術與傳統工藝的兼容性、適用性、產品的可靠性、人員對新技術的適應性等,都會影響整個產業的發展。因此,中國車企面臨的挑戰同樣不可小覷。

三、結束語

3D打印是一項新興技術,其發展前景是令人欣喜的。3D打印技術的廣泛應用必將推動各行各業的快速發展,汽車制造業在新的形勢下也將發生翻天覆地的變化。中國汽車制造企業應該積極應對,加強新技術的研發與應用,成就自己的民族品牌。

 

《世界制造技術與裝備市?。?/span>WMEM)》雜志2019年第4期  李雪峰 黃安琪 夏申琳中船重工集團第七二五研究所 


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