深度解析:3D打印汽車時代距我們有多遠
相對傳統生產的“減材制造”，3D打印技術屬于“增材制造”，被公認為是21世紀最具顛覆性的高科技技術。3D打印技術不僅能夠適應定制化生產，還具有高度的靈活性，在降低成本、縮短周期、提高工作效率、生產復雜件等方面具有優勢，被廣泛應用于航空航天、汽車、軍工、消費品、醫療等領域。
深度解析：3D打印汽車時代距我們有多遠
目前，3D打印技術主要有7種類型，分別是材料熔融擠出技術（FDM）、粘合噴射技術（3DP）材料微滴噴射、粉材平鋪融化、直接能量沉積LENS、薄材疊加LOM、光敏樹脂平鋪（SLA）。其中，FDM、粉材平鋪融化以及SLA已經使用在汽車工業制造上了。
3D打印技術的主要類型
汽車行業是個開放的行業，其龐大的產業生態為新技術的發展提供了肥沃的土壤，對3D打印技術也不例外。在3D打印技術眾多的應用領域，汽車行業是3D打印即使最早的應用者之一，早在3D打印技術發展的初期，一些歐美國家車企就開始將3D打印技術應用于汽車研發過程。
福特3D打印原型中心員工正在清理3D打印的模具原型
其中，應用最早、最深入、范圍最廣的車企是福特汽車公司。早在1988年3D打印出現之初，福特汽車公司就購入全球3D打印史上第三臺3D打印機。截至目前，福特公司使用3D打印技術主要集中在打印產品原型，使用的材料多為塑料材料。隨著金屬打印技術的發展，未來福特將使用金屬材料直接打印最終的產品或者零部件。
福特采用CLOP技術3D打印機打印福克斯電動車橡膠墊圈
福特Transit Connect車型的阻尼器使用了CLOP技術
在福特汽車公司密歇根州Dearborn Heights工廠，14臺不同型號的工業級3D打印機每年要打印2萬件零部件。這還只是福特5個3D打印原型中心之中的一個。目前，福特已利用ExOne公司的3D打印技術為自己汽車的引擎打印模具和樣品。同時，福特與Carbon3D公司合作，采用后者開發的連續液態界面3D打印機（CLIP）量產制造出用于�？怂闺妱榆囆偷南鹉z墊圈和用于Transit Connect車型的阻尼緩沖器。除福特外，其他汽車公司巨頭如 BMW、GM、大眾、豐田、Tesla、法拉利、蘭博基尼、保時捷等也都有應用3D打印技術在自己汽車的研發制造中。
向作者提問標簽：3D打印機
近幾年，隨著“工業4.0智能制造”被提出，作為高端智能制造技術之一的3D打印成為關注的焦點，2013年，世界上第一輛3D打印汽車Urbee2誕生，2014年世界第一輛3D打印電動汽車Strati問世，2015年，全球首款3D打印超級跑車“Blade”3D打印概念賽車、3D打印太陽能汽車概念設計等陸續登上汽車舞臺，它們的登場讓我們看到了3D打印技術正在以前所未有的速度給汽車行業帶來革命性的變化。
世界第一輛3D打印汽車Urbee 2
其實，Urbee 2的前身Urbee早在2010年就已經推出，只是屬于概念車，不能進行量產。Urbee 2整個生產成型耗時2500小時，成本大致在5萬美元，該車為混合動力，電力驅動時，可提供6—12kw的動力，最大行駛里程可達64km。
世界第一輛3D打印電動汽車“Strati”
2014年，在美國芝加哥舉行的國際制造技術展覽會上，Local Motors汽車公司展出了世界第一輛采用3D打印技術打造的電動汽車“Strati”。Strati整個制造過程僅用時44個小時，車身3D打印一體成型，全車僅40多個零件，除動力傳動系統、懸架、電池、輪胎、車輪、線路、電動馬達和擋風玻璃外，包括底盤、儀表板和車身在內的部件均由美國Cincinnati公司提供的3D打印機打印，所用耗材為碳纖維增強熱塑性材料，技術路線為FDM,Local Motors汽車公司希望Strati量產后的售價在1.8—3萬美元之間。
全球首款3D打印超級跑車“Blade”
2015年7月，美國Divergent Microfactories公司推出全球首款3D打印超級跑車“Blade”。Blade車身大部分由碳纖維制造，底盤由大約70個3D打印的“鋁節點”拼接構成，質量輕，整車量約640kg。Blade搭載一臺700馬力雙燃料發動機（汽油或壓縮天然氣），0—96km/h加速時間僅需2秒。Blade整個制造過程在40小時左右。
3D打印概念車：1L油跑640km（圖源：3ders.org）
2015年7月，鹿特丹舉行的殼牌環保馬拉松賽（歐洲站）上，一輛來自波蘭的Iron Warriors團隊使用Zortrax M200 3D打印機打印的概念車憑借1L油跑640km的成績一舉奪冠。該團隊采用3D打印技術打印大部分零件，在保持零件機械性能的基礎上，整車質量得到大幅降低。
3D打印太陽能超跑概念車Immortus
2015年8月，澳大利亞初創公司EVX Ventures發布了一款名為“Immortus”的3D打印太陽能超跑概念設計。該車只要是晴天，就可以不間斷運行。3D打印技術在Immortus制造過程中的作用主要是打印節點或連接機構進行組裝，達到降低整車重量的效果。
3D打印在汽車行業帶來的革命性變化
縱觀3D技術在汽車行業近30年的應用史，目前還主要集中在研發環節的概念模型和功能性模型的制造，而3D打印技術在汽車行業的終極應用形態是100%的3D打印汽車。不過這一終極階段的具體時間，目前還難以預測。
3D打印目前主要應用于工業機器、消費品、電子、汽車、航空航天、軍工、教育、生物醫療等領域，其中，汽車由于自身規模大、研發投入多、應用3D打印技術時間早等特點，在3D打印技術應用中占有重要地位。
據全球著名咨詢機構沃勒斯（Wholers）發布的“Wholers Report 2015”統計，2014年3D打印收入中，汽車占比為16.1%，排名第三，僅次于工業機器（17.5%）和消費品（16.6%）。令據Industry Week統計，在2014年3D打印原型收入中汽車及運輸領域占比超過3成，在所有應用領域中排名第一。
2014年3D打印在各應用領域中的收入分布
2014年3D打印原型收入中汽車及運輸占比超3成
此外，根據SMARTECH報告，2014年3D打印技術在汽車行業的總市場收入為3.7億美元，預計到2023年有望達到22.7億美元，年均復合增長率超過20%。
3D打印技術在汽車行業應用的市場空間預測
汽車行業市場空間巨大，為3D打印在汽車領域的應用提供了廣闊的市場基礎。2014年，全球銷售汽車8824萬輛，在研發、生產環節的生產總值超過萬億美元。假如未來全球汽車產值保持在2014年的水平，那么，3D打印只要占有其中1%的市場份額，就能達到百億美元的市場空間。
龐大的汽車市場為3D打印在汽車行業的應用提供了市場基礎
而隨著3D打印技術的發展和在汽車行業的深入應用，從現有的市場空間較小的概念模型和功能性原型制造向功能性零部件直接打印擴展，那么，3D打印在汽車領域的市場空間將被真正打開，前景無限寬廣。
3D打印在汽車行業應用的可行性分析
3D打印技術要想在現有傳統制造基礎上去尋找市場空間，必然要有比現在傳統制造方式優越的一面或者多面，成本更低、效率更高，或者是傳統方式無法完成而3D打印可以完成的工藝�，F有3D打印技術水平應用于汽車行業，其優勢在于：
（1）小批量、個性化制造方面具有成本優勢。
（2）現場按需打印，無需交付時間，在縮短周期、提升效率等方面具有優勢。
（3）復雜件制造方面，3D打印不再因為部件復雜而增加成本，傳統方式或因成本過高，或無法制造。
上述部分主要對3D打印技術在汽車行業的應用史、市場空間以及可行性分析做了簡單的介紹，接下來，我們將從整個汽車生命周期對3D打印技術在汽車領域的應用案例做具體的分析。
汽車整個生命周期包括研發、生產和使用三個環節，3D打印在每個環節當中均有應用。就目前來看，在研發環節應用較多，集中于打印實驗模型和功能性原型，作為設計驗證和評估的手段。
3D打印技術可應用于汽車整個生命周期
1.研發環節：集中于實驗模型、功能性原型制造
汽車研發環節，以正向開發為例，起點為項目立項，終點是量產啟動，一般包括5個階段：方案策劃、概念設計、工程設計、樣車試驗以及投產啟動。目前，3D打印技術在汽車領域的應用主要就集中于研發環節，在概念設計、工程設計、樣車試驗以及投產啟動均有應用，體現為3D打印試驗模型、功能性原型等形式。
帶3D打印配件的本田CVR
用Stratasys的Objet Eden500V 3D打印機打印的（左）本田霧燈裝飾原型，右邊為最終產品
概念設計階段：其中的造型設計，一般先針對不同設計方案制作1:5比例的油泥模型，經評審后，篩選2—3個方案再進行1:1的全尺寸油泥模型制作。然后進行風洞測試，修改，確定最終方案。在該階段油泥模型的制造可采用3D打印，節省開發時間和成本，同時易修改。
工程設計階段：該階段主要是完成整車各總成及零部件的設計，協調各總成之間以及總成與整車之間的矛盾。其中涉及的車身數據檢驗模型、零部件樣件等均可采用3D打印。
賓利3D打印概念車EXP 10 Speed 6，網狀進氣柵包含復雜的集合形狀和不同的深度
大燈玻璃內飾皮革花紋，透出3D質感
樣車試驗階段：包括性能試驗和可靠性試驗。其中涉及的對前述設計環節檢驗未達要求進行修改的過程可應用 3D打印。
投產啟動階段：其中涉及各種模具、檢具的開發以及小批量試產驗證可靠性均可應用3D打印。
2.生產環節：集中于小批量、定制化的車型
蘭博基尼使用3D打印制造最終零部件
3D打印的蘭博基尼發動機管道
日產使用3D打印制造DeltaWing賽車零件
生產環節對零部件機械性能、光潔度等要求嚴格，因此對3D打印技術水平的要求高，對應的成本也較高。因此，目前3D打印技術在這一環節的應用主要集中于一些小批量、定制化、對成本相對不敏感的高端跑車、賽車上，市場空間小。隨著3D打印技術的不斷成熟，在打印性能、成本方面有望達到汽車直接生產應用的要求，因此，3D打印在汽車生產環節的市場空間十分廣闊。
3.使用環節：高端車、進口車的售后維修
汽車使用環節面對的是整個汽車后市場，包括汽車金融、二手車、汽車售后服務（售后維修）、改裝車等細分市場。其中，3D打印技術可應用于售后維修、改裝車領域。
保時捷Carrera904
目前，3D打印在這一環節應用相對很少，市場較小，主要原因包括：①目前3D打印機和原材料成本還是比較高；②打印出來的部件質量缺少檢測標準；③汽車零部件知識產權保護；④維修、改裝相關從業人員對3D打印技術認知不足。
3D打印修復保時捷Carrera氣缸蓋
高端車、進口車傳統方式維修周期長，成本相對較高，3D打印技術按需直接打印的特點可以彌補傳統維修周期長這一缺點，同時，在成本制造方面與傳統方式比較也能占有一定優勢。因此，高端車、進口車的售后維修是目前3D打印在汽車使用環節一個主要的應用點。
結論與展望
汽車行業由于自身規模大、研發投入多、應用3D打印技術時間長等因素，在3D打印技術應用中占據重要位置。 汽車行業巨大的市場規模為3D打印技術在汽車領域的應用提供了廣闊的市場空間，保守估計，3D打印未來即使只在每年過萬億美元汽車研發、生產環節中占有很小的份額，比如1%的規模，那其每年在汽車領域的市場規模將超過百億美元。
3D打印技術在汽車行業的應用貫穿于汽車整個生命周期，包括研發、生產以及使用環節，就應用范圍來看，目前3D打印技術在汽車領域的應用主要集于研發環節的實驗模型和功能性原型制造，在生產環節相對較少。未來，3D打印技術在汽車領域仍將被廣泛應用于原型制造。隨著3D打印技術不斷發展、車企對3D打印認知度提高以及汽車行業自身發展需求，3D打印技術在汽車行業的應用將向市場空間更大的生產和使用環節擴展，在最終零部件生產、汽車維修、汽車改裝等方面的應用將逐漸提高。
目前， 3D打印技術尚不夠成熟，打印速度不高、設備與原材料成本過高、生產質量不穩定等依然是制約其在汽車行業大量推廣與應用的主要因素。3D打印技術在汽車領域的應用不可能完全替代傳統制造方式。在汽車行業生態圈中，3D打印更多應該是根據自身優勢找準其應用點，與現有傳統方式結合，共同提高生產效率、降低成本、發展新工藝。
(責任編輯：admin)
未來，3D打印將為供應鏈帶
選區激光熔化SLM過程中打
3D打印熱潮已過，下步將如
干貨：3D打印在一汽大眾汽
3D打印機為何能在環保問題
3D打印為供應鏈帶來意想不
各類3D打印成型技
