近年来,在媒体的渲染下,3D打印的被更多普通人熟知。但在现实中,3D打印在工业界仅仅只是一种制造方法。尽管发展迅速,但其产业规模仍然达不到整个产业的零头。
说起制造业,规模细节要求高的就要数汽车制造来。只有能在汽车领域中广泛应用,我们才能认为3D打印在工业界站稳来脚跟。那么,3D打印离站稳脚跟还有多远呢?盘点汽车制造应用的3D打印技术
一、快速制作原型
3D打印刚出生时原名其实不叫3D打印,叫做快速原型(Rapid Prototyping)技术。因为早期3D打印的用途没有像现在这么多,当时的用途仅有一个,就是快速原型,也就是在产品制作过程中设计验证、装配验证、功能验证等。
3D打印进入汽车领域开始也是通过快速原型。对于车型研发来说,时间就是金钱。而3D打印相比传统模具制造,可能成本并不低,但是它非常快,仅仅满足这一点,已经能够得到许多车企的青睐。
3D打印仪表盘壳体
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
但是,如果仅仅是这些,它也只是一个替代品而不是革新,企业仍然可以选择原有方式。
二、个性化定制
3D打印还有一个非常特殊的地方,它可以单独为消费者定制某个部位,每个消费者提供独特的汽车。但是成本呢?消费者是否愿意承担定制所产生的费用呢 ?宝马Mini Cooper的一个成功案例给出了答案。
通过宝马订购系统,消费者可以定制设计自己想要的图纹。
下单之后,会收到制作好的零件。安装简单自己就能完成。
而这种“官方定制”服务还是挺令人动心的。149欧元(总共4个部件,3D打印是其中两个)就能够获得。
除了快速原型,宝马Mini Cooper通过3D打印创造了新的价值,也给我们对于3D打印的应用拓宽了视野。
三、老爷车/事故车改装与修复
我们都知道,停产的老爷车修理起来是一件麻烦的事情,因为很多零部件厂家已经不在生产来,只能到市场上去找库存,如果找不到,你只能自己做来,这时候就需要3D打印。
同样的,拍卖的事故车,部分零件也很难找,可能也需要3D打印。不同的是,事故拍卖车的修复,对成本更关注,因为汽车价值较低,若修复的成本超过价值,为什么要修复呢?
四、直接打印汽车?
美国的Local Motors公司宣称,直接3D打印汽车。这是一个宏大的理想,但时至目前,对于汽车领域的影响有限:
说到底,也只是打印一个外壳而已,其他部件也用来打印不太可能。
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,还是个谜题。
Local Motor 3D打印汽车
中国XEV也要3D打印汽车,其商业模式上要比Local Motors想得更清楚一些,并且设计上发挥出3D打印更多的优势。当然,想法落实到实地,依然不简单。
XEV的3D打印汽车
突破汽车应用的关键点
如果你是读者,在看到前面的3D打印应用之后,可能已经不屑一顾来。其实我也是:无论是快速原型、个性定制、修理改装、外壳打印,都不是重点应用啊,都是些可有可无、小打小闹的应用,完全没有变革性!
要突破汽车的两个应用,绕不开两个关键词:量产与轻量化。
量产这点很好理解,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?
同样的,哪怕有任何一个重要零件使用3D打印来生产,这一个零件的产值可能就超过了目前3D打印整个行业。
然而这个点在哪呢?
3D打印量产成本高,而汽车行业对成本极其敏感。 这就是为什么3D在打印飞机制造上已经率先应用,就在于飞机制造对成本不太敏感。
同时3D打印的速度产能不足,而汽车行业对产能要求高。 中国每年要制造3000万辆汽车,而飞机制造商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。
有人专门考察过汽车上的零件生产,对于传统制造工艺,3D打印毫无优势。
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,汽车零件设计之初都是按照传统制造工艺设计的,3D打印怎么可能比的过!
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!
我们从其他产业的角度来做一个参考:机器人领域。
大家还记得那个灵活到能后空翻的机器人吗? 这是由Boston Dynamics开发的。可要实现这样的机器人,不仅需要优异的算法,机器人本身材质的轻量化也至关重要。
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打印本身打出的钢、铝,并不会比冲压、铸造出来的密度更低,那为何能实现材质的轻量化呢?秘诀就在于设计。
让我们看看通过3D打印如何使得腿部轻量化:
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,汽车行业有轻量化的需求么?答案是肯定的,不仅在燃油汽车上,电动汽车也有需求,燃油汽车轻量化能够节能减排,电动车则能提高续航,让其不再是室内代步车。
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、设计软件也非常缺乏。
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。
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