3D科學谷王曉燕：3D打印在汽車領域的結合點和產(chǎn)業(yè)化機會

AMCC2018杭州大會的高峰論壇，“汽車工業(yè)增材制造發(fā)展論壇”。南極熊3D打印網(wǎng)小編現(xiàn)場聆聽了專家們的演講。下面是現(xiàn)場速記的文字記錄。


3D科學谷創(chuàng)始人王曉燕發(fā)言。

    王曉燕：大家下午好！我主要跟大家介紹一下3D打印在汽車領域的結合點，以及它的一些產(chǎn)業(yè)化的機會。
    我想了解一下，在座的各位有哪些是汽車廠的，或者給汽車廠做配套的，有嗎？
    如果談到3D打印在汽車行業(yè)的應用，可能我們需要去了解，它也像一個小孩子一樣，是一步一步的過程。汽車是最早用3D打印技術的，比航空航天和醫(yī)療都要早，那個時候用的比較多的就是剛才各位專家提到過的設計原型這一塊。同時再往汽車后市場以及輕量化的零件，以及眾包汽車設計與制造方向去發(fā)展。大家可能覺得很奇怪為什么會有這樣的發(fā)展趨勢，我們需要去了解3D打印的特點。
    先看一下這個市場。根據(jù)Smartech報告，可以說這個市場跟汽車行業(yè)相比很小，到2013年有望達到22.7億美金。這塊是我們需要去看一看它的市場發(fā)展是根據(jù)什么推導出來的，所以我們需要了解3D打印技術的特點。我不知道在座各位有沒有了解，因為它是一大類技術，在這一類技術里面有打塑料的、金屬的，還有打砂子的孩子陶瓷的，這里面又有不同的材料。即便是這樣，這一大類的3D打印技術都有一個共同的特點。
    第一個特點，它不需要模具，也就是去模具化，去模具化就帶來一個很好的應用場景，如果不需要模具的話3D打印最適合用來做什么？小批量的生產(chǎn)，小批量包括原型、定制、備品備件，這個領域都非常適合它。但是我們通常會忽略3D打印另外一個非常具有潛力的特點，就是它對復雜性的邊際成本幾乎是不敏感的，幾乎是零。
    （PPT圖示）看一下這個圖表。縱坐標是它的成本，橫坐標是產(chǎn)品的復雜性。比如拿我們經(jīng)常喝的礦泉水瓶子舉例，這是一個非常簡單的產(chǎn)品，它有沒有必要通過3D打印來完成呢？基本上沒有必要，因為它太簡單了。但是如果我們做一個非常非常復雜的產(chǎn)品，通過3D打印來做就非常有優(yōu)勢，因為它基本上是按照你耗費了多少材料的方式來計算它的價格。所以產(chǎn)品越復雜，用3D打印來做越具有優(yōu)勢。
    另外一塊我們比較容易忽略3D打印的，因為在制造業(yè)的時候，大家容易看我在生產(chǎn)的時候要花多少時間，比如我要做一個汽車渦輪增壓的葉輪，你會看加工節(jié)拍。但是3D打印帶給我們另外一種方式，就是我們關注它不僅僅關注它在制造過程中的加工節(jié)拍怎么樣的，它消耗了什么樣的材料，比如這個產(chǎn)品是一個功能集成性的產(chǎn)品，減少了組裝過程，也減少了人工成本，減少了反復檢測的成本，也避免了精度跑偏的問題。如果它用在航空航天或者汽車，帶來的直接好處是可以減少燃油的消耗，尤其現(xiàn)在汽車行業(yè)在走電動化的汽車，3D打印跟汽車的結合點就更值得探索，我們覺得它有很多的商業(yè)結合點。因為如果是一個金屬的車身，本身對于電動車來說重量也是不一樣的。
    （PPT圖示）我們大概把應用分成幾塊，是3D打印非常具有優(yōu)勢的。這就回到3D打印技術本身，我們需要對它有一個非常明確的了解，因為并不是每一樣技術都適合汽車行業(yè)，也并不是每一樣技術在汽車行業(yè)的應用都達到了一定的成熟度，有的技術可能還是屬于一個比較初級的水平，有的技術已經(jīng)完全可以用在汽車行業(yè)了。在這里比較常用的，大家談論比較多的是粉末床熔融技術，當然這是一大類，在這一類里面還包括把金屬完全熔化掉，談論更多的是DMLS技術，如果大家有興趣可以進行比較深入的了解。這塊如果要想取代傳統(tǒng)的鑄造，目前來看可行性不大，因為鑄造成本和直接用3D打印打印出來金屬連件，價格不是5和6的區(qū)別，是一個量級的差別。包括粘結劑的噴射，用在汽車行業(yè)比較多的是粘砂子或者亞克力的樹脂，這可能是產(chǎn)業(yè)化的切入點。當然也不是規(guī)模的應用，但是我們所知道的，西門子為了它的電動機殼體，在中國投了很多條生產(chǎn)線，這個殼體設計非常復雜，它們也采用了3D打印商模的方式，把這個殼體快速制造出來。還有噴射方面，噴射也是我們非常感興趣的一塊，因為它主要是在塑料這塊的打印，它的直觀好處是生產(chǎn)效率非常高，這就帶來比較好的想象空間，就是塑料可能會更多用于汽車方面。
    （PPT圖示）這是稍微小眾一點的技術，我不詳細介紹了。把這些技術羅列在這兒的目的是什么呢？大家可能看到每一樣技術的時候都需要去理解這個技術本身的特點，這是非常重要的。因為就我個人經(jīng)驗來講，我去過一些做3D打印產(chǎn)品設備的廠商，會把兩種技術所實現(xiàn)的產(chǎn)品的價值是不一樣的放在一起比較功率和技術方面的參數(shù)，在我們看來這是毫無意義的，因為你做的產(chǎn)品特點都不一樣。
    （PPT圖示）這么多的技術，跟它所加工的材料不同，它用于汽車領域的一些產(chǎn)品或者用于汽車領域的階段也是不一樣的。
    舉個例子，比如發(fā)動機的制造，我們現(xiàn)在開的車發(fā)動機基本上是通過鑄造的方式，再通過機加工就得到了這個發(fā)動機，因為這是最具有成本效益的。3D打印用在這個領域也是有不同方式的，因為3D打印技術分化特別厲害。有一種方式，3D打印出一個熔模，通過在塑料外面包覆一定耐火的材料，把塑料這塊燒掉，燒掉以后就可以得到一個型殼，再把熔融技術鑄進去，這是鑄造的過程。也可以打印一個砂模，然后直接鑄造，當然成本比較高。也可以直接3D打印金屬粉末，來做發(fā)動機。
    （PPT圖示）目前國內(nèi)做設備的非常多，我們把它放在這里，因為3D打印最大的價值是它的應用，而不是這個設備，這個設備市場是不可能大的。所以有這么多企業(yè)都跑到這個市場來，這后面應該會有一個洗牌的過程。
    （PPT圖示）這是一個老爺車，已經(jīng)不能動了，但是通過逆向工程，可以重新把發(fā)動機澆鑄出來。以及剛才提到3D打印，它雖然是無模的，但是3D打印是可以打印模具的，為什么要打印模具？尤其是快速模具，因為在汽車廠開發(fā)一個汽車的時候，它開發(fā)的節(jié)奏要求是非常緊的。這時候如果只是用3D打印來打印出來一個產(chǎn)品作為原型，有可能不是真材，就是最后用在汽車上面的那個材料。因為目前我們可以打的塑料材料還是比較有限的，這個時候就需要用3D打印打印出一個模具來，也有可能這個模具是金屬的，也有可能是陶瓷的，也有可能是塑料的，然后用作快速模具，把這個真正的汽車上要使用的，比如TPU的材料，把它注塑出來。
    （PPT圖示）這是一些原型，已經(jīng)應用很多年了，那么3D打印的趨勢是什么？我們做的原型越來越逼真了。
    在國外有個性化的定制，有一些平臺是要做開源的汽車，也就是說汽車不再是生產(chǎn)完了以后大家挑我要買什么樣的汽車，而是設計過程當中通過這個平臺提交一些我想要的汽車，個性化要求可以幫助實現(xiàn)。
    當然有一些高級的車，因為汽車到最后大家買的時候，大家不可能特別了解你的發(fā)動機或者內(nèi)部技術怎么樣。作為普通的消費者，去了就是看漂不漂亮，有的汽車廠商另辟蹊徑，把3D打印作為一種個性化的實現(xiàn)方式，賓利也在做這個事情，法國的標致也在做這個事情。
    談到輕量化，豐田汽車與Materialise共同開發(fā)了汽車座椅，它很透氣，因為現(xiàn)在的汽車座椅并不透氣，坐起來并不舒服。另外是把發(fā)動機整體氣缸改掉了，里面有很多散熱的結構，這也算是一個趨勢，當然它的價格太貴了，也不可能在短時間內(nèi)商業(yè)化。
    （PPT圖示）這個車把自然界的仿生靈感應用到汽車設計領域，這也是一個探索的方向。尤其是把汽車的前端通過金屬粉末的3D打印，把它打好組裝起來了。這也是一個探索，并沒有被商業(yè)化。
    （PPT圖示）這是一個已經(jīng)商業(yè)化的案例，剛才薛總也提到過，是在國外的一個跑車。車最大的重量是來自于車身，尤其是底盤，如果底盤能夠得到非常大明顯的減重，對于電動車來說是具有很明顯效果的，整個底盤是3D打印的鋁合金和碳纖維的塑料管，像樂高一樣組裝起來。它已經(jīng)在上海建廠了，這個車會用作分時租賃的車。當然它也可以用作再制造，這也是因為3D打印無�；�的特點。
    我們把電動車單獨提出來，因為我們知道傳統(tǒng)汽車廠，如果想采取3D打印技術的話供應鏈非常復雜，任何一個企業(yè)都不可能從一個山峰直接跳到另外一個山峰，它要有一個下山的過程，然后再有一個上山的過程。對于現(xiàn)有供應鏈體系來說3D打印都是一個非常大的挑戰(zhàn)，電動車是一個全新的市場，并不僅僅是換掉了一個發(fā)動機那么簡單，它更可能采用3D打印技術。它的市場也是非�？捎^的，在未來20年內(nèi)電動汽車市場占有率將從2提升到92%的市場份額。
    3D打印與電動車的結合點，也不僅僅去打一些塑料的產(chǎn)品，它還是非常有發(fā)展?jié)摿Φ�，因為對于電動車來說，包括它的齒輪箱、轉向機構，都可以變得更加集成，更加精密，甚至更加薄壁化，包括它的散熱器，可以提高散熱器的效率。
    （PPT圖示）說到散熱器，商業(yè)化的案例已經(jīng)有了，這兩家公司就是用3D打印來打印電動汽車的散熱器。在國外也已經(jīng)探索用3D打印來做汽車的電力驅(qū)動和控制系統(tǒng)。這就是電動汽車非常核心的東西。
    通用汽車通過3D打印來做仿生力學結構的支架，對于寶馬汽車來說，它已經(jīng)有一個量產(chǎn)的案例。我們的感覺，對汽車減重能減多少呢？應該是微乎其微的，但是對買這個車的人，就給了他一個理由買這個車，因為看起來非常漂亮，也很酷。這是當前3D打印可以進入汽車產(chǎn)業(yè)化領域的一個結合點。
    （PPT圖示）這是剛才我們所介紹的，碳纖維管和鋁合金的，它是這樣做了汽車的底盤。
    國外工廠也變得更加小型化了，這是發(fā)生在我們身邊的趨勢，也就是社區(qū)工廠，提供的是定制化的汽車服務，對于消費者來說，通過互聯(lián)網(wǎng)就可以下訂單，也可以通過互聯(lián)網(wǎng)去提交他的要求。
    講了這么多，理想很完美，現(xiàn)實很殘酷。3D打印真的想進入到汽車領域，除了標準，因為汽車行業(yè)標準也很嚴格，你要拿到這些標準是非常難的。但是從量上來講，從小批量的十幾個增加到一百萬個，這是有一個巨大的量變的挑戰(zhàn)，因為機器的尺寸也沒有辦法去做特別大的零件，精度現(xiàn)在還需要后加工。材料的選擇，汽車領域用的在料，目前也并不是3D打印為主流的材料。它的效率也沒有辦法跟傳統(tǒng)的加工效率比，以及它的成本也是很大的因素，因為它的成本不能單獨看3D打印成本，還要看它的后處理成本，有的時候后處理成本甚至和3D打印成本是一樣的。
    3D科學谷跟汽車工程協(xié)會有一個合作，我們有一個《3D打印與汽車行業(yè)技術發(fā)展報告》，大家有興趣可以關注這個書，今年會通過機械工業(yè)出版社出版一本《3D打印與工業(yè)制造》的書。
    我就介紹這些，感謝大家對3D科學谷的關注，謝謝。

主持人：謝謝王總精彩地發(fā)言，同時帶來那么多的案例。從零部件到整車制造的案例，其實3D打印雖然還沒有進入規(guī)模生產(chǎn)，但技術已經(jīng)滲透到了各行各業(yè)，尤其是在制造業(yè)里邊。這里邊也說到了新的消息，就是寶馬旗下品牌迷你，明年會把3D打印作為迷你車型標準的定制技術，所以以后買迷你里面有幾塊是用戶可以選制和定做的，可以定做的部分都是由3D打印出來的，所以它已經(jīng)開始批量化生產(chǎn)了。另外像超跑，保時捷，3D打印將會在保時捷里面大范圍使用，從內(nèi)飾件開始，法拉力等等都會利用3D打印做更好的產(chǎn)品，同時有更便宜、更經(jīng)濟的生產(chǎn)效益。