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3D打印技術正迅速改變汽車製造方式

發表： 2019年03月11日

文/陸曉月　　

在2014年芝加哥國際製造業技術展會上，一家鮮為人知的汽車製造商Local Motors當場製造了一輛汽車，從而名聲大噪。這款碳纖維材料與ABS防鎖死煞制混搭的汽車功能齊全，在44小時內通過3D技術打印成型，並在兩天內組裝起來。該車被稱為Strati，意大利語意為「層」，之所以如此命名是因為它的整體結構是由不同材料的層所建造的。　　

那是4年前的事情，全球的汽車製造商當時就已意識到，汽車行業正在經歷一場重大變革。如今，創成式設計（generative design，通過將參數輸入軟件而自動生成產品模型的一種方式）、增材製造（additive manufacturing，即3D打印）以及新材料正在使汽車製造商得以生產更清潔、更輕盈、更安全的汽車，並以更低的成本、更快的速度生產它們。3D打印不僅為我們提供了更經濟實惠、而且技術上也更為先進、環境更加友善的汽車。　　

3D打印技術為汽車工業未來帶來的最主要改變之一就是輕量化，它可大幅降低汽車的重量，從而提高能源效率，打造美觀愜意的汽車。　　

在當今全球日益變暖的大背景下，幾乎所有汽車製造商都無法迴避減少溫室氣體排放和提高能源效率的嚴苛立法，儘管無法找到單一的解決方案，但輕量化本質上無疑是自然、有創意的回應。此外，由於我們很快將迎來電動汽車時代，作為動力系統新形式的電池令很多製造商感到困擾：電動汽車不得不搭載高密度、分量重的電池以獲取更多的電量，另一方面卻又亟需限制車身重量以便增加續駛里程。　　

GM（通用汽車）相信，更輕的零部件是提高性能、尤其是電動汽車性能的關鍵，而減輕底盤及其整車重量正是3D打印的用武之地。利用3D打印來製造排檔桿、進氣歧管、門把手等對於Volkswagen（大眾）之類的製造商而言已不是問題。Bolt之類的電動車很快也將採用3D技術打印部件。在打印汽車的整體框架方面，幾家汽車製造商已走在了前面。Peugeot（標緻）與Divergent 3D公司建立了合作夥伴關係，後者3D打印的全球首款超級跑車Blade（刀鋒）配備了碳纖維車身和輕如空氣的底盤。德國工程公司EDAG 2014年推出了3D打印的一款豪華車底盤，它集美觀與強壯於一身，其輕量化樣車被鋼或鋁的網格狀框架所包圍。　　

個性定制是3D打印的另一大亮點。這項技術可使用各種材料來製造具有複雜細部的任何產品，而且這種定制基本上是免費的。試想，你可根據自己的需要在網上訂購一輛新車、第二天將其取回或將其快遞到家，而費用僅為經銷店裡汽車的一小部分。Local Motors總經理John B. Rogers Jr.認為，不久的將來，一輛汽車將在60分鐘內製造出來。該公司正在打造一個世界範圍的「微型商店」網絡，在那裡你可以訂購個性化汽車。　　不僅汽車可以實現個性化，而且用來建造它們的工具亦如此。以BMW（寶馬）為例, 它如今正使用增材製造來生產定制的手工工具，後者符合人體工學，重量非常小，而且總成本減少了一半以上。　　

3D打印技術給汽車工業帶來的裨益並非局限於輕量化和個性化，它使我們能以更卓越、結構更精細的方式更快地生產汽車，而材料、人工和設計方面的成本很少。不久前，GM與Autodesk公司建造了一個汽車座椅框架，它比以前輕了40%，同時也強壯了20%。雖然典型的座椅托架是多個不同部件擰緊並在適當的地方黏連在一起，這個3D打印的托架卻只是單一部件 —— 沒有任何接頭和邊緣。　　

複合材料在3D打印中得到了充分的利用。它比傳統材料輕，且經過特別合成後比現有材料更強韌。3D打印有效地減少了零部件的數量。普通的汽車有20,000多個零件，但這項最新技術將零件數量減少到40個。此外，減少汽車的接頭和鉚釘意味著減少異常，進而提升汽車的整體內外質量。在結構中具有較少的運動部件提升了它的整體強度並使其更耐用。John B. Rogers Jr.指出：「目標是減少零部件數量，並將模具成本降至幾乎為零。」再者，3D打印使汽車製造商在組件採購時對第三方供應商的依賴度減小。從物流的角度來看，這將從根本上簡化製造過程。　　

藉助3D打印技術，汽車製造商可提供網格結構之類的複雜構型，從而減輕重量，並通過空洞結構集成電氣線路。以前在傳統製造過程中成為絆腳石的設計限制正在得到克服。複雜設計沒有額外的加價，而增材製造為無窮的創新打開了大門。這一輕鬆解決方案為日趨複雜的設計釋放出無限的潛力。將它與人工智能為導向的拓撲優化（topology optimization）相結合，成就了比CAD軟件傳統建模複雜得多的設計。　　

毋庸諱言，3D打印在汽車領域的發展是顛覆性的。儘管在過去的一個多世紀裡，汽車工業與集中的工廠和全球供應鏈密不可分，然而如今任何擁有3D打印機和互聯網連接的人都可以打印並安裝他們自己的汽車零部件，有效地打破了行業對經銷商和授權機制的依賴。這種發展正在緩慢地創造一種完全基於新興技術的全新汽車工業。　　

在當今的數字新世界裡，舊世界製造業無法生存。留在快車道內的汽車公司將是那些採用最前沿技術--包括創成式和增材式設計、認知人工智能和機器人技術--這樣它們才不至於在數字經濟中被他人甩在後面。新技術造就更快、更智能、更輕盈、更強壯的汽車，而且對於消費者和製造商而言最重要的是，生產和擁有的成本效益改善。它們的外觀將更為靚麗、更加節能、而且對環境的影響會小得多。　　

一旦創成式邂逅增材式，我們就可能製造出以前認為根本無法製造的東西，徹底改變如今汽車的製造方式。