3D打印技術要取代傳統零部件產業？

陳瓊

近日，《國家增材制造產業發展推進計劃（2015-2016年）》（簡稱“《計劃》”）對外發布，其中提出2016年初步建立較為完善的增材制造（又稱“3D打印”）產業體系，產業銷售收入實現快速增長，年均增長速度達30%以上，整體技術水平與國際同步。業內人士表示，該《計劃》不僅可以解決3D打印如何與各行各業有效結合的發展難題，同時還能刺激零部件企業技術創新，為行業發展帶來新商機。

《計劃》有望加快新興行業快速發展

在我國，3D打印技術已被全面應用于殲-20隱形戰斗機和殲-31第五代戰斗機的研發中，3D打印技術正在制造我國空軍發展的“中國速度”。

然而，在汽車零部件行業推廣初期，幾乎沒有整車廠和零部件制造商愿意采用這項技術。2014年相關政府部門開始在行業內調研，到2015年《計劃》正式發文，業內制造商才對3D打印認知逐漸提升，部分企業也才實現對3D技術認知到應用的過渡。

而在國外，這一技術方向已經得到廣泛認可。2012年，美國《時代》周刊將3D打印產業列為“美國十大增長最快的工業”；英國《經濟學人》雜志則認為，3D打印技術將與數字化生產模式一同成為引發第三次工業革命的關鍵因素。

更值得關注的是，日前美國Local Motors公司僅用了44個小時通過3D打印技術打印和組裝了一輛小車——“Strati”。這輛可搭載兩人的小車最高時速達56公里，電池可支持其行駛193到243公里。整車中除電動機、電池、電線、座椅、擋風玻璃、懸架、車輪等零部件外，近50個不能移動、不用清潔和不導電的零部件全部使用3D打印技術制造。其主要原料由黑色塑料層和碳纖維加固層組成。Local Motors公司首席執行官約翰·羅杰斯接受采訪時表示：“我們是第一家利用3D打印技術、使用碳纖維增強型熱塑性塑料制造汽車的公司。座椅、車身、底盤、中心控制臺、引擎罩等都是3D打印的?！睋ぃ饲霸摴疽呀浝妙愃品椒ㄖ圃斐瞿ν熊?、電動滑板以及其他車輛。

在汽車零部件制造、整車開發過程中需要對汽車外形、內外飾件造型進行設計、評審和確定，應用3D打印技術可以制定車燈、座椅、方向盤和輪胎等零部件快速成型件。此外，對于整車開發過程中產品設計可靠性的驗證環節，3D打印技術可以在設計前期制作樣件驗證，降低設計風險，減少研發成本。這是3D打印技術在汽車零部件領域應用的優勢。

據了解，3D打印技術優點在于可以為復雜結構金屬零部件免去開發開模環節，縮短新品開發周期，節省出更多的人力、財力和時間。此外，該技術還可使金屬零部件的力學性能和精度達到鍛造件的指標，保證汽車零部件對于精度和強度的要求。

由工信部、國家發改委、財政部研究制定的《計劃》，則有望加快3D打印技術與零部件研發跨界聯合，使該技術得到更廣泛應用。有業內人士預測，《計劃》會刺激這一新興行業在未來五至十年飛速發展。

前沿企業積極研發材料

雖然國內已有汽車零部件企業通過3D打印技術制作剎車連桿、剎車片、車燈、線束等復雜的結構件用于研發使用。但相比歐美國家，3D打印在我國汽車零部件行業應用發展剛剛起步，而制約其發展的瓶頸是材料缺乏與行業認知低，成為產業發展的攔路虎。

為此，《計劃》提出要將3D打印與汽車、航空航天、生物醫療等重要細分領域分門別類地進行跨行業聯合，突破一批增材制造專用材料。到2016年，實現鈦合金、高強鋼、部分耐高溫高強度工程塑料等專用材料的自主生產，滿足行業發展需求。

據了解，當前市場上的化工材料有一萬多種，而能夠應用于3D打印技術的卻只有50多種。材料應用方面還有很大空間可以突破，很多企業正在積極研發新材料。例如，巴斯夫集團正在針對汽車內飾件的專業材料進行研發，不久更多汽車內飾件就可以應用到3D打印技術。

目前滿足汽車零部件行業3D打印要求的材料有純尼龍材料、礦纖復合材料、碳纖材料、玻璃微珠復合材料等。采用較多的是尼龍粉末材料，其具有色澤穩定、抗氧化性好、尺寸穩定等優點，成品后期噴漆效果好。

彼牧公司汽車事業部3D打印經理王弄璋認為，行業細分化、打印材料的突破與豐富將有利于3D打印技術在汽車零部件行業更好、更快發展。3D打印零部件材料種類顯著增加，意味著零部件制造成本或在三到五年內大幅下降。未來，整車以及零部件領域對3D打印技術需求是非常大的，或許會有更多的3D打印零部件實現產業化。

汽車零部件

福特公司早在上世界80年代，便開始進行了一項名為“附加制造”的3D打印技術實驗，并購買了史上第一臺3D打印機。如今，該公司已擁有三臺3D打印設備，其中一臺在迪爾伯恩，另外兩臺都安置于歐洲。

福特公司還表示，目前研發部門已經能夠運用一種名為激光燒結的附加制造技術，為F-150型皮卡制造一個完整的前端、門板以及用于3D引擎的進氣管。

福特最新型的3D打印機，包括安裝、運營成本在內，約為2.5千萬美金。這雖是一筆不小的開支，但其先進的技術支持能夠大大縮短福特汽車的生產周期，從而降低成本。

[編后語：]

3D打印汽車“Strati”的上路，著實是人類汽車生產和制造的一大突破。有評論認為，它對傳統汽車制造形成了革命性的威脅。

然而，編者認為，目前來看這一言論還顯得言過其實。Strati的問世，對于汽車行業人士來講是一個應該關注的事件，但它還僅僅只是最初級的試驗品，距離量產為時尚早。

首先，3D打印車身覆蓋件使用的原材料，目前只能是熱塑材料，而這顯然并不能滿足真正量產車的需要。碳素纖維似乎可行，但成本并不是目前量產車所能接受的。

其次， Strati車身幾乎無“光澤”可言，一方面是因為材料本身，另一方面是因為3D打印由材料融化后一層層的堆積而成，噴嘴的精度決定了它的表面不可能做到光滑?，F在國內銷售的3D打印機，噴嘴的直徑大約是在0.2-0.5毫米。打印完成之后，還需要通過打磨機床，對車輛外觀進行打磨處理。

更重要的是，3D打印汽車的安全性是目前無法實現量產的最大障礙。受制于原材料，這種車的碰撞、自燃等方面都存在不小的安全隱患。

由此可見，3D打印技術取代傳統鑄造、鍛造技術進行汽車零部件的大批量、規模化生產還不太現實。只有將3D打印技術的個性化、復雜化、高難度的特點與傳統制造業的規?；?、批量化、精細化相結合，與制造技術、信息技術、材料技術相結合，才能不斷推動3D打印技術在汽車零部件產業的創新發展。

當然我們也需要看到，3D打印技術正朝著將取代模具、部件、半成品到成品等生產環節的趨勢發展。隨著技術的進一步成熟，傳統的勞動力、設備投資、工人技能、生產型管理將變得不再重要。

因此，隨著汽車制造商與行業外創新公司的協作日益緊密，傳統的汽車零部件供應商要不被“拋棄”，唯有不斷進行技術創新，適應市場環境的變化。