談到3D打印在汽車制造中的應用，人們對其固有的印象是這項技術又貴又慢，發(fā)展至今仍難以滿足汽車零部件批量制造的需求。的確，汽車制造業(yè)對3D打印技術的應用目前仍然主要局限在原型快速制造領域。在最終零部件的生產領域，汽車制造用戶往往難以找到3D打印技術的應用結合點。但是根據(jù)3D科學谷的市場觀察，隨著3D打印-增材制造技術的發(fā)展，國際上知名汽車制造商和汽車核心零部件制造商，加強了3D打印技術在制造最終零部件中的應用，特別是在制造輕量化、功能集成等極具創(chuàng)新性的復雜零部件時，3D打印技術成為一種有潛力的新興生產技術。

     “驅動3D打印影響應用端的因素是附加值創(chuàng)造”，附加價值包括：更低的成本，更穩(wěn)定的質量，更高的效率，更長的產品壽命。著名傳動系統(tǒng)制造商GKN ，看到了3D打印在汽車零部件附加值創(chuàng)造中的價值，并將3D打印技術引入到下一代汽車的開發(fā)中。

創(chuàng)新性復雜零部件

      GKN 所理解的3D打印價值有兩個層次，包括這一技術在新產品快速研發(fā)中承擔的重要角色，以及在生產創(chuàng)新性復雜零部件中的潛力。汽車行業(yè)的一個趨勢是更短的產品開發(fā)階段和更高的質量，在這種趨勢下，由于3D打印技術能夠實現(xiàn)零部件設計的快速多次迭代，從而能夠幫助汽車制造業(yè)用戶應對產品開發(fā)周期縮短的要求。

圖片：通過3D打印汽車零件能夠在1個月內完成試制，無需模具成本。來源：GKN

       通常零部件制造商需要充分的時間來提高質量或進行多次迭代，特別是在開發(fā)高度創(chuàng)新的零件時由于需要進行多次設計迭代，因此所需研發(fā)時間更長，而金屬3D打印技術憑借其無需模具的優(yōu)勢，為這類產品實現(xiàn)快速迭代的難題，在短時間內將多次迭代擬合到最終設計中。

GKN 探索的3D打印應用不局限于原型制造，他們看到3D打印為汽車市場提供了極具吸引力的機會，根據(jù)GKN 增材制造技術客戶經理Markus Bürger，3D打印所帶來的機會包括：

通過輕量化的定制幾何形狀減少部件重量，減少燃料消耗和二氧化碳排放；

車輛的個性化制造；

更快的研發(fā)下一代汽車。

     為了創(chuàng)造下一代汽車，GKN正在快速走向新途徑。GKN 針對粉末床金屬熔化（PBF) 3D打印的特點對產品的設計思路的創(chuàng)新，如為功能而設計、一體化設計、自由造型等。這些創(chuàng)新方式促進了下一代汽車的研發(fā)。

圖片：金屬3D打印在汽車零部件創(chuàng)新中的應用。來源: GKN

        GKN與汽車制造商保時捷通過金屬3D打印開發(fā)新型電子驅動動力總成的新應用。GKN根據(jù)粉末床金屬熔化3D打印技術的特點，針對更高的設計自由度、更高效、更集成的動力系統(tǒng)開發(fā)了特定的鋼材料，這種鋼材料能夠承受高磨損和負載，并結合3D打印所實現(xiàn)的功能集成進一步減輕重量。另一方面，保時捷工程部門正在研究如何在其電子驅動動力系統(tǒng)中實施新材料。采用結構優(yōu)化技術結合GKN的材料，保時捷實現(xiàn)了差速器的獨特設計（包括齒圈），通過這種齒輪減重和剛性形狀的組合，實現(xiàn)了更高效的傳動。

圖片：電子驅動動力總成。來源：GKN

著金屬增材制造繼續(xù)發(fā)展并成為主流工藝，該應用不僅可以擴展到原型或賽車運動，而且還可以擴展到批量生產。

Review

      3D打印目前仍然主要局限在原型制造領域。那么，想改變這一點并將3D打印尤其是粉末床金屬熔融技術納入到汽車領域的大批量生產，使其成為適合汽車生產的經濟可行的技術，面臨的挑戰(zhàn)有哪些呢？

在產量之路上，現(xiàn)實和目標之間存在五個主要障礙 ：

機器尺寸：由于大多數(shù)粉末床金屬3D打印設備都有明顯的加工尺寸限制，當前普遍限制在400毫米，或者在600毫米（根據(jù)3D科學谷的市場研究），因此我們可以一次性整體創(chuàng)建的部件只有少數(shù)幾個。即便對于小型部件來說，機器尺寸仍然限制了產能，就拿一次性創(chuàng)造五到十個零件來說 – 這與一百萬個零件產能的需求還是存在非常大的挑戰(zhàn)。而這僅僅是小型零件的加工，對于非常大的鑄件和沖壓件的距離，還有很長的路要走。

準確性：粉末床金屬3D打印設備的成本已經很高了，即便如此還需要考慮需要增加后期處理的人力和費用，這使得該技術的價格太貴了。直到增材制造能夠以最小的后處理需求來創(chuàng)建精確的零件，目前對于大規(guī)模汽車生產而言，經濟上是否可行是非常關鍵的考量因素。

材料：大多數(shù)3D打印材料目前主要適用于醫(yī)療和航空航天工業(yè)，而這兩個領域的產品生命周期特點以及成本結構是可以接納3D打印技術的，尤其對于那些昂貴的加工材料來說。

     目前汽車領域可用的合金通常是用于鑄造或鍛造產品的合金，而對于3D打印來說，合金的開發(fā)則需要考慮增材制造工藝中經歷的快速加熱和冷卻速率因素。

效率：目前增材制造對于汽車生產來說太慢了，考慮到與相互競爭的其他制造方法相比，沖壓機每六秒鐘可生產一個零件，而粉末床金屬熔融技術則需要幾個小時才能生產一批小零件。

成本：作為高產量和面向消費者的行業(yè)，成本是汽車行業(yè)的主要因素。例如，鑄造工藝，雖然增材制造可以將許多零件組合在一起一次完成，但鑄造幾乎可以便宜兩個數(shù)量級。增材制造將不得不與過去50年來經過不斷優(yōu)化的流程相競爭，并提供額外的價值以取代它們。

     所有這些問題都不能由單一實體來解決 – 甚至單獨一個部門都無法解決。盡管機器制造商正在努力滿足規(guī)模和生產能力的要求，但作為汽車生產商也必須主動探索，目前通用汽車正在關注材料開發(fā)和工藝。例如，通用汽車正在研究金屬粉末的開發(fā)和處理作為與產能相關的函數(shù)，利用先進的建模技術可以幫助解決希望克服增材制造目前的障礙。