3D打印技術(shù)要取代傳統(tǒng)零部件產(chǎn)業(yè)？

陳瓊

近日，《國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015-2016年）》（簡(jiǎn)稱“《計(jì)劃》”）對(duì)外發(fā)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(chǎn)業(yè)體系，產(chǎn)業(yè)銷(xiāo)售收入實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)，年均增長(zhǎng)速度達(dá)30%以上，整體技術(shù)水平與國(guó)際同步。業(yè)內(nèi)人士表示，該《計(jì)劃》不僅可以解決3D打印如何與各行各業(yè)有效結(jié)合的發(fā)展難題，同時(shí)還能刺激零部件企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，為行業(yè)發(fā)展帶來(lái)新商機(jī)。

《計(jì)劃》有望加快新興行業(yè)快速發(fā)展

在我國(guó)，3D打印技術(shù)已被全面應(yīng)用于殲-20隱形戰(zhàn)斗機(jī)和殲-31第五代戰(zhàn)斗機(jī)的研發(fā)中，3D打印技術(shù)正在制造我國(guó)空軍發(fā)展的“中國(guó)速度”。

然而，在汽車(chē)零部件行業(yè)推廣初期，幾乎沒(méi)有整車(chē)廠和零部件制造商愿意采用這項(xiàng)技術(shù)。2014年相關(guān)政府部門(mén)開(kāi)始在行業(yè)內(nèi)調(diào)研，到2015年《計(jì)劃》正式發(fā)文，業(yè)內(nèi)制造商才對(duì)3D打印認(rèn)知逐漸提升，部分企業(yè)也才實(shí)現(xiàn)對(duì)3D技術(shù)認(rèn)知到應(yīng)用的過(guò)渡。

而在國(guó)外，這一技術(shù)方向已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可。2012年，美國(guó)《時(shí)代》周刊將3D打印產(chǎn)業(yè)列為“美國(guó)十大增長(zhǎng)最快的工業(yè)”；英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志則認(rèn)為，3D打印技術(shù)將與數(shù)字化生產(chǎn)模式一同成為引發(fā)第三次工業(yè)革命的關(guān)鍵因素。

更值得關(guān)注的是，日前美國(guó)Local Motors公司僅用了44個(gè)小時(shí)通過(guò)3D打印技術(shù)打印和組裝了一輛小車(chē)——“Strati”。這輛可搭載兩人的小車(chē)最高時(shí)速達(dá)56公里，電池可支持其行駛193到243公里。整車(chē)中除電動(dòng)機(jī)、電池、電線、座椅、擋風(fēng)玻璃、懸架、車(chē)輪等零部件外，近50個(gè)不能移動(dòng)、不用清潔和不導(dǎo)電的零部件全部使用3D打印技術(shù)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(zhí)行官約翰·羅杰斯接受采訪時(shí)表示：“我們是第一家利用3D打印技術(shù)、使用碳纖維增強(qiáng)型熱塑性塑料制造汽車(chē)的公司。座椅、車(chē)身、底盤(pán)、中心控制臺(tái)、引擎罩等都是3D打印的。”據(jù)悉，此前該公司已經(jīng)利用類(lèi)似方法制造出摩托車(chē)、電動(dòng)滑板以及其他車(chē)輛。

在汽車(chē)零部件制造、整車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要對(duì)汽車(chē)外形、內(nèi)外飾件造型進(jìn)行設(shè)計(jì)、評(píng)審和確定，應(yīng)用3D打印技術(shù)可以制定車(chē)燈、座椅、方向盤(pán)和輪胎等零部件快速成型件。此外，對(duì)于整車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中產(chǎn)品設(shè)計(jì)可靠性的驗(yàn)證環(huán)節(jié)，3D打印技術(shù)可以在設(shè)計(jì)前期制作樣件驗(yàn)證，降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，減少研發(fā)成本。這是3D打印技術(shù)在汽車(chē)零部件領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。

據(jù)了解，3D打印技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于可以為復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零部件免去開(kāi)發(fā)開(kāi)模環(huán)節(jié)，縮短新品開(kāi)發(fā)周期，節(jié)省出更多的人力、財(cái)力和時(shí)間。此外，該技術(shù)還可使金屬零部件的力學(xué)性能和精度達(dá)到鍛造件的指標(biāo)，保證汽車(chē)零部件對(duì)于精度和強(qiáng)度的要求。

由工信部、國(guó)家發(fā)改委、財(cái)政部研究制定的《計(jì)劃》，則有望加快3D打印技術(shù)與零部件研發(fā)跨界聯(lián)合，使該技術(shù)得到更廣泛應(yīng)用。有業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)，《計(jì)劃》會(huì)刺激這一新興行業(yè)在未來(lái)五至十年飛速發(fā)展。

前沿企業(yè)積極研發(fā)材料

雖然國(guó)內(nèi)已有汽車(chē)零部件企業(yè)通過(guò)3D打印技術(shù)制作剎車(chē)連桿、剎車(chē)片、車(chē)燈、線束等復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件用于研發(fā)使用。但相比歐美國(guó)家，3D打印在我國(guó)汽車(chē)零部件行業(yè)應(yīng)用發(fā)展剛剛起步，而制約其發(fā)展的瓶頸是材料缺乏與行業(yè)認(rèn)知低，成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的攔路虎。

為此，《計(jì)劃》提出要將3D打印與汽車(chē)、航空航天、生物醫(yī)療等重要細(xì)分領(lǐng)域分門(mén)別類(lèi)地進(jìn)行跨行業(yè)聯(lián)合，突破一批增材制造專用材料。到2016年，實(shí)現(xiàn)鈦合金、高強(qiáng)鋼、部分耐高溫高強(qiáng)度工程塑料等專用材料的自主生產(chǎn)，滿足行業(yè)發(fā)展需求。

據(jù)了解，當(dāng)前市場(chǎng)上的化工材料有一萬(wàn)多種，而能夠應(yīng)用于3D打印技術(shù)的卻只有50多種。材料應(yīng)用方面還有很大空間可以突破，很多企業(yè)正在積極研發(fā)新材料。例如，巴斯夫集團(tuán)正在針對(duì)汽車(chē)內(nèi)飾件的專業(yè)材料進(jìn)行研發(fā)，不久更多汽車(chē)內(nèi)飾件就可以應(yīng)用到3D打印技術(shù)。

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

彼牧公司汽車(chē)事業(yè)部3D打印經(jīng)理王弄璋認(rèn)為，行業(yè)細(xì)分化、打印材料的突破與豐富將有利于3D打印技術(shù)在汽車(chē)零部件行業(yè)更好、更快發(fā)展。3D打印零部件材料種類(lèi)顯著增加，意味著零部件制造成本或在三到五年內(nèi)大幅下降。未來(lái)，整車(chē)以及零部件領(lǐng)域?qū)?D打印技術(shù)需求是非常大的，或許會(huì)有更多的3D打印零部件實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

汽車(chē)零部件

福特公司早在上世界80年代，便開(kāi)始進(jìn)行了一項(xiàng)名為“附加制造”的3D打印技術(shù)實(shí)驗(yàn)，并購(gòu)買(mǎi)了史上第一臺(tái)3D打印機(jī)。如今，該公司已擁有三臺(tái)3D打印設(shè)備，其中一臺(tái)在迪爾伯恩，另外兩臺(tái)都安置于歐洲。

福特公司還表示，目前研發(fā)部門(mén)已經(jīng)能夠運(yùn)用一種名為激光燒結(jié)的附加制造技術(shù)，為F-150型皮卡制造一個(gè)完整的前端、門(mén)板以及用于3D引擎的進(jìn)氣管。

福特最新型的3D打印機(jī)，包括安裝、運(yùn)營(yíng)成本在內(nèi)，約為2.5千萬(wàn)美金。這雖是一筆不小的開(kāi)支，但其先進(jìn)的技術(shù)支持能夠大大縮短福特汽車(chē)的生產(chǎn)周期，從而降低成本。

[編后語(yǔ)：]

3D打印汽車(chē)“Strati”的上路，著實(shí)是人類(lèi)汽車(chē)生產(chǎn)和制造的一大突破。有評(píng)論認(rèn)為，它對(duì)傳統(tǒng)汽車(chē)制造形成了革命性的威脅。

然而，編者認(rèn)為，目前來(lái)看這一言論還顯得言過(guò)其實(shí)。Strati的問(wèn)世，對(duì)于汽車(chē)行業(yè)人士來(lái)講是一個(gè)應(yīng)該關(guān)注的事件，但它還僅僅只是最初級(jí)的試驗(yàn)品，距離量產(chǎn)為時(shí)尚早。

首先，3D打印車(chē)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(chǎn)車(chē)的需要。碳素纖維似乎可行，但成本并不是目前量產(chǎn)車(chē)所能接受的。

其次， Strati車(chē)身幾乎無(wú)“光澤”可言，一方面是因?yàn)椴牧媳旧恚硪环矫媸且驗(yàn)?D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。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售的3D打印機(jī)，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(guò)打磨機(jī)床，對(duì)車(chē)輛外觀進(jìn)行打磨處理。

更重要的是，3D打印汽車(chē)的安全性是目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的最大障礙。受制于原材料，這種車(chē)的碰撞、自燃等方面都存在不小的安全隱患。

由此可見(jiàn)，3D打印技術(shù)取代傳統(tǒng)鑄造、鍛造技術(shù)進(jìn)行汽車(chē)零部件的大批量、規(guī)模化生產(chǎn)還不太現(xiàn)實(shí)。只有將3D打印技術(shù)的個(gè)性化、復(fù)雜化、高難度的特點(diǎn)與傳統(tǒng)制造業(yè)的規(guī)模化、批量化、精細(xì)化相結(jié)合，與制造技術(shù)、信息技術(shù)、材料技術(shù)相結(jié)合，才能不斷推動(dòng)3D打印技術(shù)在汽車(chē)零部件產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

當(dāng)然我們也需要看到，3D打印技術(shù)正朝著將取代模具、部件、半成品到成品等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的趨勢(shì)發(fā)展。隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟，傳統(tǒng)的勞動(dòng)力、設(shè)備投資、工人技能、生產(chǎn)型管理將變得不再重要。

因此，隨著汽車(chē)制造商與行業(yè)外創(chuàng)新公司的協(xié)作日益緊密，傳統(tǒng)的汽車(chē)零部件供應(yīng)商要不被“拋棄”，唯有不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，適應(yīng)市場(chǎng)環(huán)境的變化。