3D打印离汽车制造还有多远？工艺变革与设计变革结合才能创造价值

时间：2019-01-04 20:13 来源：知乎作者：张抗抗阅读：次

在媒体的推波助澜下，3D 打印以高科技产业的形象出现在公众面前，在 2013 年后的媒介影响力达到了顶峰。而实际上，3D 打印在本质上仍是制造技术的一种。近几年发展速度很快，但产业规模仍然不到整个制造业的一个零头。汽车制造，在制造业中可谓是规模最大、综合要求最高。若 3D 打印有朝一日在汽车领域广泛应用，那我们就可以说 3D 打印真的站稳脚跟了。那么，3D 打印离汽车制造还有多远呢？
盘点 3D 打印的汽车应用
一、快速原型
3D 打印最早的时候，叫做快速原型(Rapid Prototyping)技术。原因在于：那时候它唯一的用途就是做快速原型，也就是设计验证、装配验证、功能验证等。近年来，3D 打印进入汽车行业，最自然而然的方式就是快速原型。对汽车企业来说，用 3D 打印做快速原型，不一定更便宜，但一定会节省时间。对于车型研发来说，时间就是金钱。

3D 打印仪表盘壳体图片来源: 武汉萨普

3D 打印 + 后处理电子电器系统壳体

金属 3D 打印：可以进行功能验证

总体来说，3D 打印以快速原型的角色进入汽车行业，是相对较为深入的。但是，这些应用总体来说是替代性的，而非是革新性的。3D 打印的野心不止于此。
二、个性化定制
3D 打印可以个性化定制，为每个消费者提供独一无二的汽车。然而，这同时会增加额外的成本，消费者是否愿意为这部分成本买单呢？

宝马 Mini Cooper 的一个成功案例给出了答案：
宝马 Mini Cooper 的 3D 打印定制 https://www.zhihu.com/video/1042471362841092096
首先通过宝马 Mini Cooper 的订购系统，可以设计自己喜欢的文字、图案。

下单之后，会收到制作好的零件。不需要专门的技师，自己就可以安装。

不得不说，把自己喜欢的名字、图片刻在自己的爱车上，这种“官方改装”服务还是挺令人动心的。价格也不贵，才 149 欧元（总共 4 个部件，3D 打印是其中两个）。
相对于快速原型，宝马 Mini Cooper 使用 3D 打印创造了新的价值，更有启发性。
三、老爷车 / 事故车改装与修复
这个逻辑很通顺，停产的老爷车如果坏了，修理起来是一件麻烦的事情，这时候就需要 3D 打印。事故的拍卖车，部分零件也很难找，可能就需要 3D 打印派上用场。不同的是，事故拍卖车的修复，对成本更敏感——若修复成本比汽车残值还高，我何必修复呢？
这部分应用的资料我目前掌握得较少，以后找到了再补上。
四、直接打印汽车？
美国的 Local Motors 公司宣称，直接 3D 打印汽车。这是一个宏大的口号，然而尚未对汽车业产生实质的影响：说到底，也只是打印一个外壳而已。据说使用了碳纤维 3D 打印，实际上是纤维增强型塑料打印，具体性能、是否能过汽车法规，是个问号。

Local Motor 3D 打印汽车

中国 XEV 也是要 3D 打印汽车，很明显在商业模式上要比 Local Motors 想得更清楚一些，而且在设计上更能发挥出 3D 打印的优势。当然，要想落实到应用，这仍然不是一件容易的事情。
详细见这篇文章：https://zhuanlan.zhihu.com/p/34481531

XEV 的 3D 打印汽车

突破汽车核心应用的关键点？
如果你是一名汽车工程师，在看到上述 4 方面的 3D 打印应用之后，我猜你可能已经不耐烦了。其实，我也是汽车工程师，我都不耐烦了：无论是快速原型、个性定制、修理改装、外壳打印，这不过都是边边角角、锦上添花、可有可无的应用啊！
能不能讲重点呢？
如果要突破汽车的两个核心应用，逃不过两个关键词：量产与轻量化。
第一点很好理解，如果汽车的上千个零件中，没有任何一个是 3D 打印的，那怎么好意思说 3D 打印突破了汽车行业呢？反过来，如果有任何一个不太小的零件使用了 3D 打印来制造，这一个零件的产值可能就超过了目前 3D 打印整个行业。
然而，想找到这个量产应用的点，何其困难？
3D 打印成本高，而汽车行业对成本极其敏感。为何 3D 打印率先在飞机制造上率先使用？就在一汽车制造对成本不太敏感。
3D 打印速度慢，而汽车行业对产能要求高。中国每年要制造 3000 万辆汽车，而空客每年才制造不到 1000 架飞机。
除非，3D 打印能创造独特的价值。
有人逐个考查过上的汽车每个零件，得到的结论是：目前车上的所有零件，3D 打印都比不过传统制造工艺。这个结论是对的，但有一个误区。那就是，设计与工艺是密不可分的，车上所有的零件都是依据传统制造工艺设计的，3D 打印能比得过那就奇了怪了！如果想找到 3D 打印有优势的零件，必须要把设计与工艺结合起来！
为了方便理解，在此举个例子：

波动顿动力机器人后空翻 https://www.zhihu.com/video/1042482885630078976
大家还记得这个灵活的机器人吗？这是由 Boston Dynamics 开发的。可以理解的是，要实现这样的壮举，不仅需要牛逼的控制算法，机器人本身的轻量化也非常重要。那些轻功不错的武侠人士，一般都不是胖子，不是吗？
波士顿副总裁亚伦桑德斯指出，轻量化的秘密，就在于 3D 打印。3D 打印出的钢、铝，并不会比冲压、铸造出来的密度更低，要想实现轻量化，必须在设计上下功夫。

让我们看看 3D 打印让机器人的腿，获得了什么样的进化：
拓扑优化与晶格结构: 右腿的“骨骼”有一个明显的中空部分，这就是通过拓扑优化来实现轻量化；“骨骼”部分采用晶格结构，可以进一步实现轻量化。这些工作，用铸造或机加工，都很难实现。内部流道：左腿的液压管是暴露在外部的，而右腿中，则直接集成到了“骨骼”内部，不仅更加可靠，还节省了固定液压管的重量与体积。从波士顿机器腿部的进化，我们可以看出：工艺变革必须与设计变革结合起来，才有可能创造价值。回到汽车行业，燃油汽车的轻量化可以减少油耗与污染，而电动汽车的轻量化更为重要——可以缓解续航问题。尽管存在潜在的需求，但将 3D 打印应用到汽车行业还是困难重重。除了 3D 打印技术本身需要在成本、速度上进一步提升之外，设计人才、设计软件的进化也刻不容缓。设计软件：传统的 CAD 软件，大多是针对传统制造方式设计的，像拓扑优化、晶格结构这种功能还比较难用，或根本没用。设计人才：几十年以来，无论是工业设计还是结构设计，都是依据传统工艺发展出的设计理念。在传统理念中，3D 打印的拓扑结构与晶格结构无异于“大逆不道”—— 根本加工不出来的结构，设计出来有什么意义呢？
所以说，这不仅仅是 3D 打印一个行业的事业，而是需要多个领域跨界融合，才能推动得快一些。

(责任编辑：admin)

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