传统制造技术的特点制造(3D打印在汽车制造中的应用)

众所周知，作为机械制造业成员之一的汽车是由复杂的机械结构及众多的零部件构成的，为适应消费市场的需求，该行业在成本、工艺等方面的追求常要做到精益求精，因此在研发/生产阶段主机厂、供应商对于传统的机械加工技术开始了新的探索。而近年来在制造行业兴起的3D打印技术由于正被广泛应用于手机等消费类电子、航天领域等方面，因此对于该技术在汽车领域的车载应用也得到了国内外车企的关注。

3D打印又称增材制造（AdditiveManufacturing，AM），是一种基于三维数据模型并可利用金属、非金属或生物等可粘合材料，按照模型设计——材料加工——材料成形的生产加工流程，让配备的材料按照设计好的数据进行逐层打印，从而实现产品快速成型的技术。从其产业链分布来看，上游主要包括原材料、核心硬件等，中游则以3D打印设备及相关服务厂商为主，而在其下游的应用领域中，如今已覆盖了航天、汽车、医疗等诸多领域。

在3D打印技术的应用中，由于所采用的材料不同，其应用的工艺及技术原理也不一样，因此如图1所示的中游环节便衍生出了多技术路线。其一基本原理可如下图所示：

与传统制造技术通过切/削/磨等加工方式对材料进行去除从而让产品成形的“减”材制造不同的是，3D打印技术是通过模型数据将三维物体进行‘切片’获得二维轮廓信息，再以自下而上、层层叠加的方式进行材料堆积，是通过做‘加法’的方式将数据模型转变为三维实体的过程。由于此方式下的产品是通过‘横切片’累积而成的，因此在制造过程中基本不受零件结构的限制，可做到自由、任意生产。这对于制造那些传统加工工艺下步骤繁琐或无法完成的具有复杂内部结构的一体化产品具有相当的优势。

另外，在产品的制造流程上，传统的机械制造通常需要经过模型设计——模具制造——产品加工——测试——定型等数道流程，且由于在其生产过程中模具具有特定性，因此所设计的生产线通常只适用于特定产品的生产而无法做到多品类共用。所以当产品定型之后，想要降低其单品成本，便需要通过批量生产该产品从而对生产所涉及到的物料、模具、设备折旧、耗材等方面的成本进行分摊，否则对于制造方而言其投入与产出将会形成巨大落差，所以该加工方式并不适合那些非标、无大批量需求的零件。

针对上述情形，目前相关厂家常通过3D打印技术的应用，在无需进行开模的前提下仅使用同一台设备便可实现多产品的生产，再通过简化的生产工序在产品的研发阶段对成本、周期等进行管控，以达到加速产品研发的目的。

在当前汽车行业中，为了适应市场纷繁的需求与业内的竞争压力，整车具有了更新迭代快的特点，因此当前该技术主要被应用于整车对零部件的前期功能验证、边界验证、原型件开发等方面。如下图便是某汽车公司使用3D打印技术对其驱动电机外壳及相关绕组进行制造后用于整车的前期搭载验证。

不过，由于3D打印技术限制于其成本、工艺等方面的原因，目前该技术并不适用于大批量的产品生产，以金属产品为例，对比传统制造工艺，两者特性如下表：

表1以金属制品为例3D打印与传统制造对比

原理

增材制造

减材制造

技术手段

SLM、LSF等

磨/削/切/抛光等

应用场景

小批量、复杂化、轻量化、非标、一体化

批量化、大规模，复杂性相对低

材料

金属粉末/丝材等

不受限

利用率

高，可超过95%

低

产品实现周期

相对短

相对长

尺寸精度

±0.1mm

0.1-10μm

表面粗糙度

Ra2μm-Ra10μm之间

Ra0.1μm以下

尽管3D打印技术在制造那些具有复杂内部结构的产品方面有优势，但从上表我们可看出其产生的产品在精度、粗糙度等方面都具有局限性，换句话说便是对于有精密要求的零部件该技术目前还尚无法胜任。

但对于一般性要求的产品，该技术的应用可在周期、成本等方面获得优势。就目前而言，3D打印技术在国内尚处于发展阶段，而该技术在汽车行业中的应用主要分布于车身、电子附件、内饰和动力部件等领域，据来自VoxelMatters的报道，在2020年，3D打印技术在汽车行业的应用中，动力部件的占比为35.29%，是占比最大的一项。

而随着技术及成本优势的提升，3D打印技术在汽车领域的应用范围或将再次扩大，据估计，至2026年在全球汽车行业中，3D打印的市场规模将达到129亿美元。而作为新能源汽车市场的大国，我国或将成为该技术的主要应用国之一。

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