近年來,在媒體的渲染下,3D打印的被更多普通人熟知。但在現實中,3D打印在工業界僅僅只是一種制造方法。盡管發展迅速,但其產業規模仍然達不到整個產業的零頭。
說起制造業,規模細節要求高的就要數汽車制造來。只有能在汽車領域中廣泛應用,我們才能認為3D打印在工業界站穩來腳跟。那么,3D打印離站穩腳跟還有多遠呢?盤點汽車制造應用的3D打印技術
一、快速制作原型
3D打印剛出生時原名其實不叫3D打印,叫做快速原型(Rapid Prototyping)技術。因為早期3D打印的用途沒有像現在這么多,當時的用途僅有一個,就是快速原型,也就是在產品制作過程中設計驗證、裝配驗證、功能驗證等。
3D打印進入汽車領域開始也是通過快速原型。對于車型研發來說,時間就是金錢。而3D打印相比傳統模具制造,可能成本并不低,但是它非???,僅僅滿足這一點,已經能夠得到許多車企的青睞。
3D打印儀表盤殼體
3D打印+后處理 電子電器系統殼體
金屬3D打?。嚎梢赃M行功能驗證
但是,如果僅僅是這些,它也只是一個替代品而不是革新,企業仍然可以選擇原有方式。
二、個性化定制
3D打印還有一個非常特殊的地方,它可以單獨為消費者定制某個部位,每個消費者提供獨特的汽車。但是成本呢?消費者是否愿意承擔定制所產生的費用呢 ??寶馬Mini Cooper的一個成功案例給出了答案。
通過寶馬訂購系統,消費者可以定制設計自己想要的圖紋。
下單之后,會收到制作好的零件。安裝簡單自己就能完成。
而這種“官方定制”服務還是挺令人動心的。149歐元(總共4個部件,3D打印是其中兩個)就能夠獲得。
除了快速原型,寶馬Mini Cooper通過3D打印創造了新的價值,也給我們對于3D打印的應用拓寬了視野。
三、老爺車/事故車改裝與修復
我們都知道,停產的老爺車修理起來是一件麻煩的事情,因為很多零部件廠家已經不在生產來,只能到市場上去找庫存,如果找不到,你只能自己做來,這時候就需要3D打印。
同樣的,拍賣的事故車,部分零件也很難找,可能也需要3D打印。不同的是,事故拍賣車的修復,對成本更關注,因為汽車價值較低,若修復的成本超過價值,為什么要修復呢?
四、直接打印汽車?
美國的Local Motors公司宣稱,直接3D打印汽車。這是一個宏大的理想,但時至目前,對于汽車領域的影響有限:
說到底,也只是打印一個外殼而已,其他部件也用來打印不太可能。
據說使用了碳纖維3D打印,實際上是纖維增強型塑料打印,具體性能、是否能過汽車法規,還是個謎題。
Local Motor 3D打印汽車
中國XEV也要3D打印汽車,其商業模式上要比Local Motors想得更清楚一些,并且設計上發揮出3D打印更多的優勢。當然,想法落實到實地,依然不簡單。
XEV的3D打印汽車
突破汽車應用的關鍵點
如果你是讀者,在看到前面的3D打印應用之后,可能已經不屑一顧來。其實我也是:無論是快速原型、個性定制、修理改裝、外殼打印,都不是重點應用啊,都是些可有可無、小打小鬧的應用,完全沒有變革性!
要突破汽車的兩個應用,繞不開兩個關鍵詞:量產與輕量化。
量產這點很好理解,如果汽車的上千個零件中,沒有任何一個是3D打印的,那怎么好意思說3D打印突破了汽車行業呢?
同樣的,哪怕有任何一個重要零件使用3D打印來生產,這一個零件的產值可能就超過了目前3D打印整個行業。
然而這個點在哪呢?
3D打印量產成本高,而汽車行業對成本極其敏感。 這就是為什么3D在打印飛機制造上已經率先應用,就在于飛機制造對成本不太敏感。
同時3D打印的速度產能不足,而汽車行業對產能要求高。 中國每年要制造3000萬輛汽車,而飛機制造商空客每年才制造不到1000架飛機。
除非,3D打印能創造獨特的價值。
有人專門考察過汽車上的零件生產,對于傳統制造工藝,3D打印毫無優勢。
這個結論是對的,但有一個誤區。那就是,設計與工藝是密不可分的,汽車零件設計之初都是按照傳統制造工藝設計的,3D打印怎么可能比的過!
如果想找到3D打印有優勢的零件,必須要把設計與工藝結合起來!
我們從其他產業的角度來做一個參考:機器人領域。
大家還記得那個靈活到能后空翻的機器人嗎??這是由Boston Dynamics開發的??梢獙崿F這樣的機器人,不僅需要優異的算法,機器人本身材質的輕量化也至關重要。
波士頓副總裁亞倫桑德斯指出,輕量化的秘密,就在于3D打印。3D打印本身打出的鋼、鋁,并不會比沖壓、鑄造出來的密度更低,那為何能實現材質的輕量化呢?秘訣就在于設計。
讓我們看看通過3D打印如何使得腿部輕量化:
拓撲優化與晶格結構: 右腿的“骨骼”有一個明顯的中空部分,這就是通過拓撲優化來實現輕量化;“骨骼”部分采用晶格結構,可以進一步實現輕量化。這些工作,用鑄造或機加工,都很難實現。
內部流道:左腿的液壓管是暴露在外部的,而右腿中,則直接集成到了“骨骼”內部,不僅更加可靠,還節省了固定液壓管的重量與體積。
從波士頓機器腿部的進化,我們可以看出:工藝變革必須與設計變革結合起來,才有可能創造價值。
回到汽車行業,汽車行業有輕量化的需求么?答案是肯定的,不僅在燃油汽車上,電動汽車也有需求,燃油汽車輕量化能夠節能減排,電動車則能提高續航,讓其不再是室內代步車。
盡管存在潛在的需求,但將3D打印應用到汽車行業還是困難重重。除了3D打印技術本身需要在成本、速度上進一步提升之外,設計人才、設計軟件也非常缺乏。
設計軟件:傳統的CAD軟件,大多是針對傳統制造方式設計的,像拓撲優化、晶格結構這種功能還比較難用,或根本沒用。
設計人才:幾十年以來,無論是工業設計還是結構設計,都是依據傳統工藝發展出的設計理念。在傳統理念中,3D打印的拓撲結構與晶格結構無異于“大逆不道”—— 根本加工不出來的結構,設計出來有什么意義呢?
所以說,這不僅僅是3D打印一個行業的事業,而是需要多個領域跨界融合,才能推動得快一些。
杭州博型3D打印創意設計提供汽車零件3D掃描建模打印,歡迎來電咨詢。