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3D打印颠覆汽车制造 光明前景背后隐藏哪些挑战?

2015-12-08 10:58
老猫
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  3D打印技术很可能会颠覆整个造车行业,然而光明的应用前景背后,又隐含着怎样的障碍与问题?带着疑惑,笔者采访了国内从事3D 打印制造加工业务的超凡新科科技发展有限公司总工程师陈洵。在谈到问题与挑战时,他坦言,目前3D打印技术面临的主要问题是良品率——这一工业生产重要指标无法保证。而导致这一问题的直接原因,是打印材料与加工精度存在问题。

  首先是材料问题。据陈洵介绍,由于3D打印需要用高温将打印原料融化并堆叠成型,要求使用成型速度快的热塑性材料,其中又分为复合材料与金属两种。Local Motors的这辆LM3D Swim 使用的就是塑料与碳纤维构成的复合材料,由打印喷头的喷嘴加热融化后喷出堆叠成型,对材料纯净度有较高要求。纯度较低、掺杂了杂质的复合材料会导致打印喷头被杂质堵住,使得产品成型过程中出现误差,造出不合格产品。

  使用金属材料与复合材料又不同。目前金属3D打印技术的实现方式是用钛、不锈钢等金属的粉末进行逐层铺垫,再用激光或等离子焊枪进行逐层融化、塑型、加工。金属粉末的铺垫厚度和密度对成型材料的强度有着直接影响,材料铺垫的过程中容易发生铺垫不均匀,造成气泡与“沙眼”等问题,直接导致产出废品。同时,作为材料本身的钛目前价格较为昂贵,无法在市场中广泛使用。而不锈钢的强度不足,不能直接用于制造车身。对于3D打印车身的材料问题,还需企业与科研机构研究解决。

  其次是加工精度问题。陈洵表示,目前合成材料3D打印的喷头在三维空间的位置控制技术已经非常成熟,但材料融化喷出与凝固成型的速度控制还有待完善。这导致生产加工精度较低,使3D 打印技术还处于实验室阶段,无法进行大型零件的打印。而金属材料3D打印使用的激光和等离子焊枪等工具都存在一定的问题。比如,激光加工精度较高,可以对复杂形状的零件进行准确加工,但加工速度慢,需要准确调节激光宽度,加工成本也比较高; 而等离子焊枪虽然技术成熟、加工速度快,但精度又不足,导致良品率不高。

  陈洵还告诉笔者,3D打印制造的次品只能全部作废,重新融化加工。举例来说,如果一个大型零件需要打印10个小时,在第9个小时出现问题或误差,整个零件就得全部重新打印。这与传统造车过程中出现小的零件问题可以直接更换相比,成本要高得多。这些因素都导致目前3D打印制造技术良品率较低,无法满足工业用品大规模生产的要求。

  如此看来,人们要想大规模利用3D 打印技术取代主机厂冲压、焊接、涂装、总装的“四大工艺”,还需要等待材料科学的进步。

  安全问题与市场接受度,同样是3D 打印汽车未来发展需要解决的痛点。毕竟,汽车作为一种交通工具,对安全标准要求很高。3D打印这项技术对于汽车工业而言,其实并不陌生。例如,宝马“i”系列汽车就应用了很多3D打印的零件。但用3D打印技术制造整个车身,目前业界还没有实际应用的先例。对于新技术而言,公众的接受程度也是3D打印汽车推广过程中面临的障碍。LM3D Swim虽然预售价格高达5.3万美元,但还是一款应用全新技术却没有经历验证的产品,能否顺利通过道路与碰撞测试并进入市场,目前还不得而知。

  由此看来,虽然3D打印汽车即将预售并准备量产上市,但这项新技术距离变革整个汽车制造产业还有很长的路要走。

  不过,谈到3D打印这项新技术的未来,从事传统数控机加工多年并在3D 打印技术上研究两年的陈洵表示乐观。一方面,目前3D打印这一创新领域已经引起了国家层面的重视,北京、上海和佛山等地不少相关企业与研究机构纷纷建立,并获得了政府的资金支持;另一方面,3D打印技术作为“增材加工”的一个重要细分领域,是未来工业4.0发展的重要组成部分,也是传统制造业的发展与变革方向。陈洵预言,3D打印技术最早将会在2017年成熟完善,广泛应用于机械加工与汽车制造当中。

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