對於(yu) 產(chan) 業(ye) 價(jia) 值鏈來說，占據其“頭部”才是真正的利潤來源——產(chan) 業(ye) 微笑曲線

挖掘3D打印技術的高附加值

汽車行業(ye) 正麵臨(lin) 著百年來的巨變，從(cong) 傳(chuan) 統的動力總成技術向電氣化的轉型，從(cong) 傳(chuan) 統的交通工具向“第三生活空間”的轉變，從(cong) 傳(chuan) 統的加工技術向新興(xing) 的製造模式轉身……傳(chuan) 統汽車以及新能源汽車對於(yu) 輕量化生產(chan) 工藝的共同需求，消費者對於(yu) 定製化汽車的濃厚興(xing) 趣，加諸2020年新冠肺炎疫情對於(yu) 行業(ye) 的影響，都促使汽車製造商尋求更低的開發成本、更快速的研發周期以及更個(ge) 性化的零部件產(chan) 品以提升市場競爭(zheng) 能力。

汽車研發屬於(yu) 資本與(yu) 技術密集的產(chan) 業(ye) ，新車的研發耗資巨大，一輛新車的研發成本大約在10-500億(yi) 元，其中很大一部分花在試製上麵。為(wei) 了降低試製成本，汽車行業(ye) 很早就引入3D打印技術，主要用於(yu) 汽車前端產(chan) 品研發，工裝的夾具、檢具製造和個(ge) 性化定製及改裝。WohlersReport2020指出，2019年全球汽車產(chan) 業(ye) 以16.4%的占有率引領3D打印行業(ye) 應用，緊隨其後的是消費領域、電子領域和航空航天，分別為(wei) 15.4%和14.7%。可見，正在經曆100多年來最大規模轉型的汽車行業(ye) ，正在利用與(yu) 時俱進的3D打印技術在市場上大放異彩。

上汽大眾(zhong) 車身研發高級總監&教授級高級工程師沈衛東(dong) 表示，造型是產(chan) 品研發最前端的環節，傳(chuan) 統的造型模型常常出現與(yu) 實車效果相去甚遠的問題，3D打印技術可以保證造型模型和實車一致，設計師可以更好地評判造型效果以確定造型方案。在零件的結構設計和技術驗證方麵，通過評價(jia) 利用3D打印技術做出的樣品，可以使模具工裝的投入降低，從(cong) 而將製造時間縮短70%，同時還能降低車重的15%，提高產(chan) 品成熟度。在車身設計方麵，3D打印技術更是有著顛覆性的思維，例如傳(chuan) 統的製造工藝無法做出來的圓角，可以通過3D打印技術完美呈現，幫助設計師拓展想象力的邊界。

在工裝夾具和檢具的製造方麵，沈衛東(dong) 例舉(ju) 了上汽大眾(zhong) 在長沙總裝工廠遇到的平整度控製難題。在傳(chuan) 統的三坐標測量機無法完成的情況下，上汽大眾(zhong) 利用3D打印技術快速製作了非標檢具，很快解決(jue) 了難題。對於(yu) 個(ge) 性化定製，除了安全件，3D打印技術都可以做出來，從(cong) 接受客戶訂單到交貨在一周內(nei) 就能完成。對於(yu) 3D打印如何從(cong) 概念到實車安裝的零件的製造過程，他還例舉(ju) 了具有代表性的戴姆勒三步走的策略：第一步是在一個(ge) 龐大的零件數據庫裏，找到適合3D打印的零部件；第二步是概念驗證，驗證篩選出來的零件在經濟性以及技術方麵是否可行；第三步就是利用3D打印來實現數字化的零部件生產(chan) 。

“對於(yu) 產(chan) 業(ye) 價(jia) 值鏈來說，占據其‘頭部’才是真正的利潤來源，如何在研發、品牌營銷等環節通過技術占據一定的市場份額，是車企關(guan) 注的焦點。3D打印以客戶需求和產(chan) 品功能為(wei) 導向的設計理念提升了產(chan) 品的附加值，其產(chan) 品的更新速度對目前汽車工業(ye) 的形勢來說也有非常多的利好。不能說3D打印是拯救汽車工業(ye) 的最大利器，但其帶來的高附加值應用值得我們(men) 關(guan) 注”，沈衛東(dong) 在解釋產(chan) 業(ye) 微笑曲線的時候說道。

工藝與(yu) 材料雙重挑戰下的機遇

3D打印的技術類型主要有SLA、SLS、FDM、SLM、3DP等，成型原理分別是光固化成型、選擇性激光燒結、熔融沉積、選擇性激光熔融、立體(ti) 噴墨打印等。選擇合適的3D打印材料與(yu) 工藝，對產(chan) 出的零件質量至關(guan) 重要，而決(jue) 定用哪種工藝進行零部件的試製還需要一係列的性能驗證，以及對試製費用進行比較。

東(dong) 風汽車集團產(chan) 品工程高級工程師陳龍舉(ju) 了用SLS工藝打印塑料進氣歧管試製驗證的例子：進氣歧管主要由歧管上片、歧管下片、密封墊圈、螺紋嵌件、壓管等5個(ge) 部分組成，其本體(ti) 材料是尼龍加30%的玻纖。需要驗證的性能包括耐溫性、耐壓性、熱穩定性、氣密性、最小拉拔力、表麵質量等，熱變形溫度需要在150℃以上，性能驗證完成後需要從(cong) 成本上來考慮使用哪種工藝。

“我們(men) 通過SLS工藝與(yu) 矽膠模試製的費用進行對比，發現在設計研發階段，采用SLS工藝進行小批量試製，在成本上具有一定的優(you) 勢”，他告訴我們(men) ，“並非所有的3D打印零件都可以直接滿足後續需求，很多情況下需要進行二次處理，例如歧管內(nei) 壁采用樹脂浸滲處理來保證光潔度需求，歧管上下片整體(ti) 成型保證密封性。後續還需要通過機加工對裝配麵進行處理才能進行後續的裝配應用。”

“目前，我們(men) 在3D打印的應用過程中主要遇到兩(liang) 個(ge) 難點，一個(ge) 是全彩3D打印在顏色紋理方麵還需要提升，以滿足汽車廠商對於(yu) 汽車造型驗證的需求。另一個(ge) 是橡膠3D打印材料在耐熱性方麵還有很大的提升空間，以滿足汽車設計驗證過程中對於(yu) 橡膠材料的需求”，陳龍如是說道。

3D打印並不是最近幾年才興(xing) 起的，它起源於(yu) 上世紀80年代末，其在汽車研發的高效應用讓人們(men) 不禁會(hui) 把目光投向汽車製造領域。一汽大眾(zhong) （長春）高級工程師吳宏濤談到，3D打印在批量汽車製造上的應用主要受製於(yu) 兩(liang) 大因素：一方麵，汽車零件生產(chan) 還是以模具為(wei) 主，因為(wei) 對於(yu) 大批量生產(chan) ，模具的單件成本更低，成型效率更高；另一方麵，由於(yu) 3D打印層與(yu) 層之間大部分是靠材料自身的重力堆疊在一起的，這使得同材料的3D打印件組織致密度無法與(yu) 模塑件相比，其性能表現與(yu) 實際的工藝要求還存在差距。

3D打印作為(wei) 高新技術產(chan) 業(ye) ，研發投入、技術發展對於(yu) 產(chan) 業(ye) 規模的拓展具有關(guan) 鍵作用，如今3D打印技術在汽車行業(ye) 的滲透越來越明顯。據悉，截至2019年底，美國通用汽車已擁有17台StratasysFDM工業(ye) 級3D打印機，並通過3D打印為(wei) 其生產(chan) 線提速、減重和提升成本效益。2020年6月，寶馬集團斥資1500萬(wan) 歐元開設新的增材製造園區，推動公司在汽車增材製造領域的蓬勃發展。

正如吳宏濤對3D打印行業(ye) 未來展望時所說，“從(cong) 汽車行業(ye) 看未來3D打印技術的發展趨勢，相信未來將會(hui) 誕生機械性能更好並且更便宜的材料，打印零件的表麵質量將會(hui) 更好，成型速度也將更快，設備參數將走向開源化。”未來3D打印技術能發展得多快，應用的行業(ye) 領域能夠拓展得多深多廣，我們(men) 將拭目以待！

“顛覆”是我們(men) 現在談論得非常多的一個(ge) 詞，3D打印脫離了傳(chuan) 統製造加工的束縛，也顛覆我們(men) 對傳(chuan) 統製造業(ye) 的理解。拋開傳(chuan) 統加工中對模具的依賴，3D打印憑借更高的設計自由度、更短的產(chan) 品開發周期讓其在複雜的零件加工領域備受青睞。近十年來，3D打印市場的年平均增長率基本保持在25%以上。據WohlersReport2020數據顯示，2019年全球3D打印市場總值達到118.67億(yi) 美元。