3d打印汽車中的應用前景分析?汽車制造是金屬3D打印技術重要的應用領域，從快速制造原型，從而加快新車研發效率，到直接生産小批量零件，縮短供應鍊并節省成本，3D打印可謂是汽車行業重要的補充技術除此之外，3D打印所特有的複雜零件制造優勢，更可以簡化汽車零件數量、降低重量，并節省材料可以說，對汽車制造來說，3D打印技術優勢非常多雖如此，該技術到目前為止并未在該領域廣泛使用這是因為，具備更快、更便宜、制造更複雜部件的能力——才是未來汽車的制造方式，我來為大家講解一下關于3d打印汽車中的應用前景分析?跟着小編一起來看一看吧!

3d打印汽車中的應用前景分析

汽車制造是金屬3D打印技術重要的應用領域，從快速制造原型，從而加快新車研發效率，到直接生産小批量零件，縮短供應鍊并節省成本，3D打印可謂是汽車行業重要的補充技術。除此之外，3D打印所特有的複雜零件制造優勢，更可以簡化汽車零件數量、降低重量，并節省材料。可以說，對汽車制造來說，3D打印技術優勢非常多。雖如此，該技術到目前為止并未在該領域廣泛使用。這是因為，具備更快、更便宜、制造更複雜部件的能力——才是未來汽車的制造方式。

當今汽車工業中的增材制造

在汽車領域，最早采用增材制造技術的并不是汽車制造商本身，而是他們贊助的車隊。幾十年來，從福特到法拉利，許多公司都把賽車作為測試新技術的孵化器。現在新車的許多标準功能——混合動力汽車的再生制動系統、按鈕點火系統甚至後視鏡——都可以追溯到它們的根源。同Z樣的道理也适用于3D打印，尤其是金屬打印。一級方程式車隊、世界耐力挑戰賽車隊、E級方程式車隊以及更多的車隊都親身體驗了增材制造的好處——設計的快速疊代、快速原型制作和零部件的輕量化——都可以在賽道上提高車輛的性能。

既然3D打印有這麼多的制造優勢，那為什麼汽車制造商還沒有廣泛采用呢?

從本質上說，它可以歸結為三個因素——成本、材料和速度。

激光3D打印的複雜汽車零部件

3D打印技術目前所兼容材料種類也很有限。以塑料為例，目前能夠成型的多數材料僅能滿足有限的需求，對于汽車制造商更高要求的應用，現有材料甚至無法通過實驗室的測試。

基于該技術的原材料成本非常高昂。即便已經經曆了大幅降價，金屬粉末每公斤的價格仍然達到上百甚至千餘元，成品零件的成本則可能高達每公斤幾百至數千元——對于大規模生産來說成本太高了。

在速度方面，即使是最好的機器也無法與大規模生産競争。最快的粉末床熔融設備每小時隻能生産100立方厘米。

雖然3D打印已經在汽車領域取得了成功，尤其是賽車運動能夠承受為取得勝利而付出高成本來打印複雜部件，但隻有更加經濟高效，才能使其拓展到更廣泛的制造過程中。當前，來自成本、材料和速度方面的挑戰已經導緻了該技術在汽車制造行業的應用受到限制，而且大多數零件仍在使用傳統方法生産，如鑄造、鍛造、機加工和沖壓。

激光粉末床熔融更适合小批量、高價值應用

迄今為止，應用最為廣泛的3D打印系統——激光粉末床熔融技術，其采用激光一層層的熔化薄薄的金屬粉末，直到零件完成制造。該技術能夠快速準确的制備出金屬零件，且在此前十年獲得了汽車制造領域的廣泛應用。寶馬、福特、大衆、奔馳等公司都在該技術的使用中均樹立了典型案例，且在一定條件下實現了批量制造，但這些案例所涉零件仍多數局限于高端品牌，總量仍舊有限。

其原因仍離不開該領域對成本、材料和速度的要求。激光粉末床熔融裝備需要大量的前期投資——整套系統需要100萬美元或更多——每年隻生産1噸零件，這不足以證明成本的合理性。此外，即便3D打印使金屬零件制造更加靈活，但打印僅僅是第一步，後續還需要去除支撐等一系列後處理過程，從而進一步增加了零件成本。

到目前為止，一系列汽車領域高價值的應用均源于激光粉末床熔融技術顯著的制造優勢——集成化、高精度和複雜制造的特點。例如通用汽車采用生成設計和3D打印将汽車傳統座椅支架的八個組件整合為了一個組件，布加迪采用3D打印技術制造了新款凱龍制動鉗，保時捷采用一系列創新設計3D打印了鋁合金發動機外殼原型，寶馬為i8 Roadster跑車批量打印的軟頂支架等等。這些案例無論用于原型還是最終使用，都離不開激光粉末床熔融技術獨特的制造特點。但同樣有一個特點，這些應用都非常局限，幾乎都屬于高端品牌，極少能符合該領域對低成本、批量制造的要求。

基于擠出的桌面金屬3D打印适用于原型制作

基于擠出的桌面型金屬3D打印機具有辦公方便的設計，排除了粉塵和激光暴露的風險，是一種更易于使用的端到端解決方案。

對處于新車設計和制造早期階段的用戶來說，桌面型金屬3D打印機具有比傳統粉末床設備便宜10倍的價格和方便快捷的操作性。此類系統可以在内部快速制作大量零件原型，快速測試不同的想法，探索新的結構可能性，在漫長而昂貴的設計周期中節省時間和金錢。最終能夠以更低的開發成本呈現更好的設計，并使公司快速從設計和驗證轉向生産，加快産品上市。靈活的操作性還有助于降低成本，因為它減少了材料浪費，而且不需要專門為操作機器招聘專業員工。

Desktop Metal桌面金屬3D打印裝備

Raise3D桌面金屬3D打印裝備

該技術可以打印廣泛的材料，包括H13工具鋼、4140鉻鋼、316L和17-4 PH不鏽鋼等，非常适合于車企零部件開發、工裝及零配件制造等。當前，比較有代表性的桌面擠出金屬3D打印品牌有Desktop Metal、Raise3D、Markforged等，國内縱維立方也于2021年推出了基于該技術的3D打印機4Max Metal。

以汽車一減震器為例，其提供阻尼以減少震動組件中的運動，并通過引導液壓流體通過複雜的内部通道來實現更平穩的行駛。由于活塞内部幾何形狀複雜，傳統制造需要由多個零件組裝而成，與之不同的是，桌面金屬3D打印機可以單步打印零件，縮短交貨時間，降低成本。

采用桌面擠出金屬3D打印技術制造的17-4ph減震器活塞

3D打印帶來的幾何自由度也允許制造商制造快速原型和探索新的活塞設計，同時消除了将工作外包的需要。在桌面型金屬打印機上進行零件原型設計也有助于順利過渡到批量生産，因為像粘結劑噴射這樣的大批量系統能夠生産同樣複雜的設計。（案例來源：Desktop Metal）

粘結劑噴射金屬3D打印更适合于大批量零件制造

粘結劑噴射工藝的最突出特點就是可以實現金屬3D打印的批量化制造。基于該工藝的裝備價格比傳統激光3D打印機要低，打印速度是四激光粉末床熔融設備的幾十甚至上百倍，所用材料為傳統MIM粉末，相比球形粉價格更為低廉，零件的制造成本也因此比激光3D打印的零件低幾十倍。因此，粘結劑噴射工藝在裝備成本、粉末成本以及打印效率方面都超過金屬3D打印，即便其零件性能略低，但仍具備與注射成型零件相同的水平。因此，該技術更适合于實現大批量零件制造。

基于以上優勢，當前主要的汽車主機廠正在加快該技術的使用進程。領先的粘結劑噴射金屬3D打印開發商分别獲得了汽車行業内主要品牌的合作：大衆汽車正在積極與惠普合作，福特也正在使用ExOne的粘結劑噴射技術制造汽車部件，而Desktop Metal近日獲得了某德國汽車制造商790萬美元的合同，業内猜測該客戶可能是寶馬汽車集團。

Desktop Metal粘結劑噴射3D打印裝備

那麼，該技術又是如何實現零部件從幾千個到幾十萬個批量制造的呢？

制造商在大規模生産零件之前，最初的生産量可能會很少，原因有幾方面。在一輛特定汽車的生産初期，即使最終可能生産數十萬輛的汽車，制造商在最初可能也隻生産幾百輛用來作為市場測試，然後才開始大規模生産。另一個原因是，像福特野馬Shelby GT500這樣的高性能汽車的産量通常是有限的——2010年，福特隻生産了2000輛這種汽車——這意味着汽車制造商可能隻需要對每一個零件隻生産幾千個。與此同時，對于售後零部件而言，這一數字可能更小——市場對某個特定零部件的需求可能隻有幾百個。

粘結劑噴射适合堆疊打印，大幅度提高了3D打印制造效率

對于需要大規模生産的零部件，粘結劑噴射金屬3D打印的另一優勢則更為明顯——無模制造。該技術消除了對模具的需求，允許工程師将已經經過改進的設計——無論是通過桌面擠出金屬3D打印技術還是傳統原型方法——都可以通過粘結劑噴射金屬3D打印實現大規模生産。可與傳統大規模制造工藝競争的打印速度，粘結劑噴射金屬3D打印允許在一次任務中生産數千個零件，其價格和生産速度可以與鑄造、鍛造和機加工等工藝競争。這種速度，再加上低成本MIM粉末的使用和簡單的後處理，使得該工藝生産零件單件成本可能比其他3D打印工藝低20倍，并使增材制造成為鑄造、鍛造和機械加工的可行選擇。

采用粘結劑噴射金屬3D打印技術和SLM技術制造的寶馬水泵輪

以創新設計的汽車水泵輪為例，它通過發動機和散熱器冷卻循環，消散燃燒過程中産生的熱量。然而與其他産品不同的是，該部件是作為一個整體設計的，這使得它能夠更有效地運行，并通過減輕重量來提高性能。由于零件幾何形狀複雜，無法通過鑄造或鍛造來創造，水輪采用金屬3D打印制造，雖然使用SLM創建的部件已經在汽車上得到了成功驗證，但每個部件的成本對于生産車輛來說太高了。使用粘結劑噴射金屬3D打印，能夠一次創建多達150個零件，每個零件的成本也能夠降低到5美元，從而更加經濟。

END

3D打印技術的發展在汽車制造生命周期的每個階段都創造了新的機會——從功能原型到中批量生産，再到售後市場和備件。而這些機會大多與生産速度和零件複雜性有關，或者兩者兼而有之。因為它不受傳統制造的限制，3D打印允許設計師和工程師進入一個巨大的新設計空間，并創造越來越複雜的零件。

當優化的零件面臨大規模生産時，材料、成型效率、價格成為阻擋3D打印技術廣泛應用的限制性因素，優勢無法體現。新技術的發展則打破了這種壁壘，使優化的結構能夠大規模實現，并以一種高效和更加經濟的形式。

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