盡管電動(dòng)汽車的制造與生產(chǎn)屢屢傳出波折，而特斯拉也在多年的努力之后剛剛實(shí)現(xiàn)贏利，然而電動(dòng)汽車的發(fā)展方向是毋庸置疑的，而電動(dòng)汽車作為一種新的產(chǎn)物，也必將呼喚新的制造技術(shù)。

       在今年formnext展會(huì)上，3D打印汽車概念可以說(shuō)是吸引眼球的一大熱點(diǎn)，這其中包括輪胎制造商HRE與GE Additive（GE 增材制造）的 AddWorks團(tuán)隊(duì)開發(fā)了第一款3D打印鈦合金汽車輪轂。

       Divergent 3D的3D打印汽車底盤

       布加迪通過帶有四激光器的選擇性激光熔融3D打印技術(shù)所制造的世界首個(gè)3D打印的新型八活塞整體式制動(dòng)鉗：

       然而，3D打印在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用要實(shí)現(xiàn)落地，還存在著多方面的挑戰(zhàn)，汽車行業(yè)需要利用增材制造的具體優(yōu)勢(shì)來(lái)提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)，但是當(dāng)談到用于經(jīng)濟(jì)性的生產(chǎn)，以便將產(chǎn)量從小批量的十幾個(gè)增加到至少每年100萬(wàn)個(gè)。在我們能夠打破這個(gè)百萬(wàn)產(chǎn)能障礙之前，3D打印對(duì)于進(jìn)入到汽車的生產(chǎn)線方面將一直處于“死胡同”。

       3D打印與鑄造

       談起3D打印在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，我們通常容易忽略3D打印技術(shù)與鑄造的結(jié)合在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，其實(shí)，汽車是鑄造最大的應(yīng)用市場(chǎng)，而3D打印與鑄造的結(jié)合可以說(shuō)是具有產(chǎn)品設(shè)計(jì)的源頭上顛覆產(chǎn)品設(shè)計(jì)的潛力。

       圖片：汽車是鑄造最大的應(yīng)用市場(chǎng)

       談起3D打印與鑄造在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，還需要從理解3D打印的優(yōu)勢(shì)來(lái)著眼，3D打印有兩大特點(diǎn)：1是無(wú)模化，對(duì)應(yīng)的優(yōu)勢(shì)是作為研發(fā)試制階段的捷徑，加速迭代過程，減少研發(fā)成本；2是對(duì)產(chǎn)品的復(fù)雜性成本不敏感，對(duì)應(yīng)的優(yōu)勢(shì)是適合創(chuàng)新顛覆產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)以功能實(shí)現(xiàn)為主導(dǎo)。

       國(guó)內(nèi)鑄造業(yè)存在的普遍誤區(qū)是，僅僅發(fā)揮了3D打印的第一個(gè)優(yōu)勢(shì)，將3D打印砂模或者3D打印PMMA熔模用于產(chǎn)品的試制開發(fā)階段，也就是說(shuō)加工的還是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，而沒有將3D打印從源頭上用于創(chuàng)新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。3D打印的最大優(yōu)勢(shì)是用來(lái)制造那些傳統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)不了的設(shè)計(jì)，包括薄壁，復(fù)雜的形狀這樣的設(shè)計(jì)，用在汽車領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，可以通過3D打印經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)（這樣的設(shè)計(jì)通過傳統(tǒng)制造工藝無(wú)法制造出來(lái)），從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更高的性能。

       3D科學(xué)谷的判斷是隨著3D打印與鑄造的結(jié)合，鑄造作為產(chǎn)品“誕生”的“源頭”，其決定產(chǎn)品核心競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)值將顯現(xiàn)，這個(gè)行業(yè)不再被誤讀為“傻大笨粗”，而是成為企業(yè)發(fā)展核心競(jìng)爭(zhēng)力的體現(xiàn)，因?yàn)?D打印可以從源頭決定一個(gè)產(chǎn)品的創(chuàng)新程度，很多大型企業(yè)將改變將鑄造外包給鑄造廠的模式，而是將鑄造將作為核心關(guān)鍵的一環(huán)納入到企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中，這個(gè)過程中或?qū)l(fā)生鑄造廠被并購(gòu)的現(xiàn)象。

       這一領(lǐng)域的典型案例是，voxeljet-維捷及其合作伙伴通過將粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)應(yīng)用于規(guī)模生產(chǎn)，從而將增材制造提升到新的水平。其合作伙伴為德國(guó)領(lǐng)先的汽車制造商，通過自動(dòng)化3D打印復(fù)雜的砂模和砂芯，該生產(chǎn)線有望成為世界上首次汽車關(guān)鍵零件生產(chǎn)領(lǐng)域的集成增材制造解決方案，該項(xiàng)目將利用3D打印的砂芯來(lái)鑄造關(guān)鍵發(fā)動(dòng)機(jī)部件。

       在交鑰匙項(xiàng)目方面，拿電機(jī)殼體的3D打印與鑄造來(lái)說(shuō)，根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，目前在國(guó)內(nèi)，瑞士大昌華嘉-DKSH可以在最短時(shí)間（傳統(tǒng)模具技術(shù)1/10時(shí)間）為用戶提供基于3d打印技術(shù)的快速成型模具工藝，幫助用戶建立從研發(fā)到小批量生產(chǎn)電機(jī)的鑄件供應(yīng)。

       3D打印散熱器等核心零件

       D打印散熱器在國(guó)際上最典型的案例是Conflux 新一代高效熱交換器，以及HiETA Technologies與Delta Motorsport合作設(shè)計(jì)和制造、用于微型燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的并流換熱器。

       圖片：HiETA Technologies的熱交換器

       Conflux 正在使用粉末床熔融金屬3D打印技術(shù)制造創(chuàng)新型汽車熱交換器。他們開發(fā)了一種新型高效熱交換器       ConfluxCore。Conflux 通過EOS 的金屬粉末熔融設(shè)備制造了 ConfluxCore 原型，打印材料為鋁AlSi10Mg。Conflux 公司其中一個(gè)典型的設(shè)計(jì)在不增加體積的情況下，增加了表面積，與此同時(shí)，3D打印部件的壓降減少了三分之二，交換器的尺寸減小了55毫米，重量減輕了22％。這種功能集成化的設(shè)計(jì)，還減少了熱交換器所需的部件和對(duì)焊接的需求。

       3D科學(xué)谷認(rèn)為3D打印在散熱器的制造方面當(dāng)前主要存在幾種思路：一種是替代釬焊并結(jié)合相變材料的使用，一種是實(shí)現(xiàn)十分復(fù)雜的幾何形狀。實(shí)現(xiàn)十分復(fù)雜的幾何形狀方面例如雙曲線交叉纏繞的應(yīng)用，當(dāng)然更為典型的是點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。

       國(guó)際上，汽車廠商正在對(duì)3D打印散熱器進(jìn)行積極的探索。這方面，菲亞特克萊斯勒(FCA汽車集團(tuán)）還與McMaster大學(xué)建立了一項(xiàng)合作，目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種新的鋁制汽車散熱器，這個(gè)項(xiàng)目的重點(diǎn)就在于應(yīng)用點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的組合，這些結(jié)構(gòu)帶來(lái)良好的對(duì)流熱交換性能，并且可以實(shí)現(xiàn)可觀的減重結(jié)果。這個(gè)項(xiàng)目開發(fā)的帶有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的3D打印散熱器，比FCA集團(tuán)生產(chǎn)的汽車中使用的汽車散熱器更輕，并且還可以保證其性能。

       究竟3D打印將在熱交換器的產(chǎn)業(yè)化方面達(dá)到怎樣的影響力和覆蓋面，這不僅僅取決于3D打印設(shè)備，材料的價(jià)格，還取決于工藝質(zhì)量是否能夠達(dá)到一致可控，以及標(biāo)準(zhǔn)與認(rèn)證的完善，而最重要的是如何從設(shè)計(jì)端獲得以產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)為導(dǎo)向的正向設(shè)計(jì)突破。

       當(dāng)然，除了包括散熱器這樣的零件，還有例如寶馬汽車通過粉末床金屬3D打印技術(shù)制造的輕量化支架也隨著i8 Roadster的批量化生產(chǎn)而進(jìn)入到量產(chǎn)領(lǐng)域。

       而通用汽車為了給電動(dòng)汽車減重，正在采用歐特克（Autodesk)的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)軟件對(duì)車內(nèi)零部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在最初的概念驗(yàn)證項(xiàng)目中，通用汽車和歐特克在通用汽車密歇根州沃倫技術(shù)中心重新設(shè)計(jì)了汽車座椅支架 – 座椅安全帶固定部位。通過座椅支架的減重揭示了3D打印對(duì)于零件潛在質(zhì)量和強(qiáng)度改進(jìn)的潛力。或許憑借這項(xiàng)技術(shù)，我們將進(jìn)入一個(gè)電動(dòng)和自動(dòng)駕駛汽車時(shí)代的深遠(yuǎn)變革。

       車身的3D打印

       目前的3D打印車身包括兩種思路，一種是復(fù)合塑料材料，另一種是金屬與復(fù)合塑料材料的結(jié)合。

       塑料方面，像Local Motors這樣，通過BAAM技術(shù)直接打印碳纖維增強(qiáng)塑料材料。在這方面，借助3D打印技術(shù)以及3D建模軟件，Local Motors已經(jīng)創(chuàng)造出了一種全新的“動(dòng)態(tài)”造車方式。如果想要對(duì)車輛（如Olli）做出改變，只需用軟件修改相應(yīng)的3D數(shù)字模型，再將其輸入3D打印機(jī)打印出實(shí)體即可 — 這既容易操作，又不會(huì)耗費(fèi)太多時(shí)間，更重要的是，還能節(jié)省大量不必要的開支。

       金屬與復(fù)合材料結(jié)合方面，以Divergent 3D的跑車通過3D打印鋁制的“節(jié)點(diǎn)”結(jié)構(gòu)，然后通過現(xiàn)成的碳纖維管材將其連在一起為代表。3D打印鋁制的“節(jié)點(diǎn)”結(jié)構(gòu)為跑車實(shí)現(xiàn)個(gè)性定制化帶來(lái)了空間。當(dāng)然，由于3D打印印鋁制的“節(jié)點(diǎn)”結(jié)構(gòu)當(dāng)前頗為昂貴的價(jià)格，這項(xiàng)技術(shù)何時(shí)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化還有待觀望。

       隨著汽車消費(fèi)市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)，消費(fèi)者對(duì)個(gè)性化車型的需求日益強(qiáng)烈。汽車的個(gè)性化體現(xiàn)在個(gè)性化的內(nèi)飾、外飾，以及個(gè)性化的動(dòng)力系統(tǒng)和車身等方面。在汽車產(chǎn)業(yè)鏈中，為消費(fèi)者提供個(gè)性化服務(wù)的不僅有專門從事汽車改裝的公司，還有一些著名的汽車制造商。

       消費(fèi)者對(duì)汽車個(gè)性化的追求，帶動(dòng)了一個(gè)極具潛力的汽車定制化服務(wù)市場(chǎng)，僅是汽車售后改裝這一個(gè)領(lǐng)域，就蘊(yùn)含了巨大的市場(chǎng)潛力。公開資料顯示，2005年以來(lái)，我國(guó)改裝的需求規(guī)模在激增，2015年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到450億元量級(jí)。市場(chǎng)主要集中在直轄式及發(fā)達(dá)省會(huì)城市。

       將3D打印應(yīng)用于汽車個(gè)性化制造領(lǐng)域的典型案例是MINI汽車，制造商寶馬集團(tuán)從2018年開始，MINI汽車通過3D打印技術(shù)，提供汽車零部件個(gè)性化定制服務(wù)。利用3D打印技術(shù)，MINI 的定制化服務(wù)達(dá)到了新的水平。

       3D打印帶給汽車制造無(wú)窮的暢想空間，本文介紹的僅僅是當(dāng)前正在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用。還有更多的新技術(shù)包括以惠普，Exone,Desktop Metal, 3DEO, Markforged所代表的binder jetting（粘結(jié)劑噴射）技術(shù)正在另辟蹊徑的創(chuàng)造一種新的金屬零件制造技術(shù)，這些新技術(shù)的發(fā)展將帶給3D打印在汽車領(lǐng)域更廣闊的應(yīng)用空間。

       本文最后讓我們以Hackrod公司和Siemens PLM軟件合作的汽車設(shè)計(jì)平臺(tái)的視頻來(lái)結(jié)束，視頻中你會(huì)獲得深入的體會(huì)，3D打印與汽車制造的結(jié)合之路還很長(zhǎng)，這其中除了制造技術(shù)，軟件技術(shù)將發(fā)揮舉足輕重的作用，在具體的制造實(shí)施中，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)和迭代的快速數(shù)據(jù)收集以及定制生產(chǎn)復(fù)雜的機(jī)電一體化系統(tǒng)，這些都需要西門子的支持，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和增材制造的硬件連接性對(duì)于成功至關(guān)重要。西門子世界級(jí)的數(shù)字設(shè)計(jì)、工程可視化、連接制造和檢驗(yàn)的能力對(duì)Hackrod形成強(qiáng)有力的支持。

       通過展現(xiàn)人工智能是如何“教會(huì)”軟件來(lái)完成自動(dòng)建模過程，讓我們共同暢想更美好的汽車未來(lái)！