最近兩年，隨著一輪概念炒作，3D打印技術(shù)越來(lái)越被人們所看好。美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬也在國(guó)情咨文中一再?gòu)?qiáng)調(diào)3D打印等新興技術(shù)的重要性，這讓3D打印技術(shù)的相關(guān)股票在一段時(shí)期內(nèi)大漲特漲。

在汽車(chē)行業(yè)中，福特已經(jīng)給每一個(gè)工作站里配置了一臺(tái)3D打印機(jī)，未來(lái)還計(jì)劃為每一個(gè)工程師單獨(dú)配備一臺(tái)小型的3D打印機(jī)，3D打印技術(shù)已經(jīng)趨于實(shí)用化。同時(shí)，美國(guó)的設(shè)計(jì)公司KOREcologic、數(shù)字制造商RedEyeOnDemand以及3D打印制造商Stratsys已經(jīng)合作完成了第一款用3D打印制造的高燃油效率混合動(dòng)力車(chē)Urbee2，這款三輪7馬力(5千瓦)輪驅(qū)動(dòng)的環(huán)保混合動(dòng)力車(chē)將在2015年上路。那么，未來(lái)我們開(kāi)的汽車(chē)會(huì)是3D打印機(jī)打印出來(lái)的嗎？3D打印技術(shù)會(huì)如何影響汽車(chē)制造業(yè)呢？消費(fèi)者會(huì)從中得益嗎？

神奇的3D打印

3D打印是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。這個(gè)定義說(shuō)起來(lái)繞口，也難以理解，實(shí)際上去很簡(jiǎn)單。

2008年北京奧運(yùn)會(huì)開(kāi)幕式的團(tuán)體操表演，用一個(gè)個(gè)人的方盒子拼了一個(gè)“和諧社會(huì)”的“和”字。這個(gè)“和”是一個(gè)個(gè)獨(dú)立的點(diǎn)拼出來(lái)的。普通打印機(jī)就是這個(gè)原理，用一個(gè)一個(gè)小點(diǎn)拼成圖案，這些小點(diǎn)顏色不同，位置不同，這些點(diǎn)集合起來(lái)最后就構(gòu)成了畫(huà)面。而3D打印機(jī)，則在普通打印機(jī)的原理上多了一步。它先是用類(lèi)似普通打印機(jī)的原理，打出來(lái)一個(gè)個(gè)平面。然后把這些平面一層層累積起來(lái)，就構(gòu)成了立體的物體。就像小孩玩的樂(lè)高玩具，要用樂(lè)高玩具拼出一個(gè)圓柱體，那么就先拼成一個(gè)小圓餅，然后若干個(gè)小圓餅重疊起來(lái)就是一個(gè)圓柱體。3D打印也是類(lèi)似的原理。一個(gè)個(gè)小點(diǎn)打出一個(gè)平面，若干個(gè)平面重疊起來(lái)組成一個(gè)物體。這就是3D打印的原理。

明白了3D打印的原理之后，就很容易理解3D打印的過(guò)程：

首先要明確要打什么，這就需要有一個(gè)模型文件。如同平面打印，你得有個(gè)圖或者文檔才行。有這個(gè)打印機(jī)才知道你要干什么。然后，你需要有3D打印機(jī)把這個(gè)文件解碼，變成控制打印頭動(dòng)作一系列動(dòng)作的程序。當(dāng)打印頭完成這一系列動(dòng)作，3D打印就完成了。第三，你要給3D打印機(jī)提供打印的材料，如同普通打印機(jī)，你要提供墨水或者硒鼓，或者色帶，而3D打印機(jī)通常是快速成型的粉末金屬、塑料、陶瓷、砂子顆粒等。第四，你得把打印出來(lái)的東西定型，普通打印機(jī)里面，噴墨打印機(jī)是直接浸在打印紙上，激光打印機(jī)是加熱。同樣3D打印機(jī)也需要這么一個(gè)過(guò)程，粉末金屬用激光直接融化定型，塑料可以加熱融化、砂子可以粘接，總之需要有一個(gè)定型的過(guò)程。通過(guò)這個(gè)過(guò)程，電腦中的數(shù)字文件最后變成了用打印材料積累定型出來(lái)的一個(gè)物體，這就是3D打印的過(guò)程。

有利必有弊

在現(xiàn)代工業(yè)條件下，我們加工一個(gè)零件也好，做一個(gè)模型也好，都需要一個(gè)先制造一個(gè)模具。但制造這個(gè)模具的成本很高，不到一定的批量就不值得?；蛘呤怯脭?shù)控機(jī)床直接在毛胚料上加工，但是這個(gè)方法會(huì)浪費(fèi)掉很多毛胚材料，而且很慢很貴，加工費(fèi)用以小時(shí)計(jì)算。

另外，這兩者對(duì)于造型特別復(fù)雜、精度要求高的零件，加工都會(huì)非常困難，加工所需時(shí)間也會(huì)非常長(zhǎng)。而3D打印是一層層積累起來(lái)，無(wú)論造型多復(fù)雜的零件，對(duì)于3D打印來(lái)說(shuō)，也是一層層平面，打印難度沒(méi)有任何區(qū)別。這就如同我們用筆畫(huà)一個(gè)肖像很難，即使是上?？萍拣^的機(jī)器人畫(huà)像，也只能畫(huà)個(gè)線條，難以和照片相比，而且速度很慢。但是打印機(jī)一個(gè)個(gè)點(diǎn)來(lái)打印照片，幾秒就可以完成，而且效果非常出色，因?yàn)閷?duì)打印機(jī)來(lái)說(shuō)，打印復(fù)雜的照片和打一個(gè)純色塊原理是一樣的。因此，對(duì)3D打印機(jī)來(lái)說(shuō)，造型復(fù)雜的物體和最簡(jiǎn)單的立方體、圓柱體是一樣的，而且材料更節(jié)省。可以方便快捷并精確地制造造型復(fù)雜的物體，這就是3D打印的最大優(yōu)勢(shì)。

然而，如同打印的成本要高于印刷的成本一樣，對(duì)于大批量制造的產(chǎn)品而言，3D打印的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于模具沖壓、澆鑄、注塑批量生產(chǎn)的成本。理論上，可以通過(guò)3D打印的方式，制造一輛汽車(chē)的外殼，但是這種方式制造出來(lái)的汽車(chē)價(jià)格高的離譜，根本沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力。此外，3D打印的材料也有很多限制。3D打印所用的能夠快速成型的粉末金屬、塑料、陶瓷、砂子顆粒等材料，在成型之后，其性能是有限的。強(qiáng)度、硬度、抗腐蝕、抗沖擊這些指標(biāo)未必能達(dá)到實(shí)用性的要求。做模型做個(gè)樣子可以，真正應(yīng)用到產(chǎn)品上，要經(jīng)受住使用環(huán)境的嚴(yán)酷考驗(yàn)則不那么容易。3D打印技術(shù)的這些缺陷限制了3D打印技術(shù)的應(yīng)用范圍。

3D打印技術(shù)對(duì)汽車(chē)行業(yè)的影響

就目前階段3D打印技術(shù)的情況，3D打印出成品的汽車(chē)的所有零件，或者直接打印出一臺(tái)汽車(chē)，還是不現(xiàn)實(shí)的。即使可以打印出來(lái)，這輛車(chē)也是消費(fèi)者買(mǎi)不起，用不長(zhǎng)久的。所以，3D打印技術(shù)對(duì)汽車(chē)行業(yè)來(lái)說(shuō)，更大地意義在于設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)層面。

(一)設(shè)計(jì)層面

傳統(tǒng)上，設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)一輛汽車(chē)，要先從圖紙開(kāi)始，然后用設(shè)計(jì)軟件把概念化的汽車(chē)造型變成精確的數(shù)據(jù)和3D模型。如果沒(méi)有3D打印技術(shù)，下一步就是油泥模型了。設(shè)計(jì)師要先像木匠一樣，敲敲打打的制作汽車(chē)的骨架；然后像泥瓦匠一樣，把滑石粉、凡士林、工業(yè)用蠟混合起來(lái)制作油泥，然后一層層涂到骨架上；最后，再像藝術(shù)家一樣，把油泥刮出形狀，作出最后的模型，看看畫(huà)紙上、電腦上的模型在現(xiàn)實(shí)中是什么樣子。這個(gè)過(guò)程還是手工業(yè)時(shí)代的過(guò)程，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而使用3D打印技術(shù)，設(shè)計(jì)師只要把電腦制作的3D模型輸入3D打印機(jī)，3D打印機(jī)很快就可以把油泥模型3D打印出來(lái)，效率可以大幅度提升。一步進(jìn)入信息時(shí)代。

汽車(chē)不僅僅有一個(gè)外殼，汽車(chē)內(nèi)的各個(gè)零件如換擋手柄、儀表盤(pán)、手套箱、車(chē)門(mén)把手......，都有一個(gè)從電腦到實(shí)物的過(guò)程。使用3D打印技術(shù)，工程師在電腦上完成模型設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員則只需幾分鐘就能獲得實(shí)體的打印模型，然后整個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的每個(gè)專(zhuān)業(yè)人員都可以在打印模型基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行修改，并與團(tuán)隊(duì)中的其他人即時(shí)分享對(duì)設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)“所見(jiàn)即所得”，大幅度提高汽車(chē)設(shè)計(jì)的效率。

(二)開(kāi)發(fā)層面

3D打印技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是可以方便快捷的制作高精度造型復(fù)雜的零件。而汽車(chē)中恰恰是有很多造型復(fù)雜的高精度零件。對(duì)于批量比較小、達(dá)不到開(kāi)模規(guī)模的高端車(chē)而言，3D打印也可以直接制作一些材料能夠滿(mǎn)足要求的零件，降低成本，譬如F1賽車(chē)、豪華車(chē)、超跑的一些零件。

對(duì)于需要大批量生產(chǎn)的零件，3D打印因?yàn)椴牧虾统杀镜脑蛭幢啬苓m用。但是3D打印可以制造使用零件，尤其是一些造型非常復(fù)雜、精度要求高、需要反復(fù)調(diào)試的零件。3D打印可以快速制作出一系列具有細(xì)微差異的可測(cè)試零件來(lái)幫助開(kāi)發(fā)出最合適的零件，以確保最后定型生產(chǎn)的是選用了最好的零零件。而由此帶來(lái)的好處是提高了整個(gè)開(kāi)發(fā)效率，縮短了上市周期，并降低了時(shí)間和成本，諸如排氣歧管、差速器殼、后橋等零件都通過(guò)這種方式進(jìn)行原型開(kāi)發(fā)。

綜合來(lái)看，3D打印技術(shù)可以大幅度降低汽車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，和制造過(guò)程中的成本，提升工作效率，降低新車(chē)型新零件的開(kāi)發(fā)時(shí)間，最終這些會(huì)反應(yīng)到汽車(chē)的價(jià)格和品質(zhì)上，品質(zhì)更好，技術(shù)更完善、價(jià)格更便宜的汽車(chē)會(huì)因?yàn)?D打印技術(shù)的普及而出現(xiàn)，消費(fèi)者也會(huì)從中收益至于3D打印直接打印出未來(lái)大批量生產(chǎn)的汽車(chē)，目前還言之過(guò)早，至少在大批量3D打印成本降低到傳統(tǒng)工藝的水平之前不會(huì)出現(xiàn)。