3D打印即快速成型技術的一種,它是一種以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層打印的方式來構造物體的技術。
3D打印技術誕生于上世紀80年代末。由于汽車行業受到節能、環保、短周期生產理念的沖擊,3D打印技術受到了社會各界的廣泛關注,甚至有些人認為3D打印是“第三次工業革命”的標志,會給汽車行業帶來全新的革命。然而還有一部分人對此持反對的態度,質疑這項技術帶來的其實是巨大的工業泡沫。
其實這兩種觀點似乎都有點偏激了,有著近30年發展歷史的3D打印全然不是泡沫,但也談不上是革命,它帶給我們的應該是一種平穩的過渡和長期的改革。
很多人認為3D打印是泡沫的一大原因是,即使這項技術在獲得了包括中國在內的很多國家的多方面支持后,實際發展速度卻十分緩慢,仍然有著很多的技術壁壘有待打破。
就以國內為例,這項技術就獲得了相當多的政策紅利,比如說:早在2012年科技部就將3D打印列入到863計劃中,并成立了世界上首個3D打印產業聯盟。此外,各大頂尖理工類院校和3D打印企業也獲得了巨大的科研資助。但是這項技術在獲得了如此多福利后卻沒有顯現出應有的市場表現,多以概念產品和零部件產品出現,還沒有實現真正的大規模生產。
3D打印確實是一項重要的技術改革,但要說是能夠引領汽車革命的技術就不太恰當了。革命不應該僅僅只是帶來新的制造理念,還應該是更高的生產效率、更低的制造成本以及更安全的產品,而這些正是3D打印技術的軟肋所在。
首先是生產效率問題。
一般在流水線生產下,一輛汽車的生產時間大約為10個小時,但由于是流水線生產,每道工序占用的時間很少,一條流水線上可以同時完成上百輛汽車的生產。但是即便未來3D打印可以制造整車,時間成本卻是相當巨大的。
舉例來說,不同于傳統汽車分散制造的方法,3D打印更像是一種集中生產的方法。一般3D打印汽車的零部件也就幾十件,而傳統汽車的零部件卻有上千件,雖然零部件數量減少了,看似降低了裝配時間,但由于單個零件的制造時間過長,無形中占用了單個設備的使用時間,生產效率自然也就降低了。
其次是制造成本。
一般整車廠每天的生產量大約為900輛,如果要求3D打印能達到相當的生產量,這就需要更多的打印機。但是用于汽車制造的打印機成本卻相當高,一般得數十萬美元每臺,這還不包括存在的損耗率問題。
加之現在汽車生產鏈已經很成熟了,廠家對成本的控制已經達到了精益求精的地步,一條新的生產鏈并不是簡單的流水線問題,而是一套新的制造體系,各種資源需要從新得到整合,這對制造成本的提高是不可估量的。
最后就是安全問題。
目前已經推出的3D打印汽車都是混合動力或者電動汽車,而制造汽車的塑料雖然質量輕但強度差,且有燃燒的風險,出于安全考慮,很多3D打印汽車都會內置鋼結構加強件。
但是真正能夠達到安全要求的汽車卻不多,很多廠家或多或少地規避了碰撞安全性問題。現階段來說,要與有著近百年安全經驗積累的傳統汽車相比,3D打印汽車還有著很長的路要走。
此外,還有關于專利所有權的問題。
在盜版橫行、漠視基礎工業的今天,真正的基礎工作者能夠從中分得的羹能有多少呢?3D打印會對現有的法律法規以及體系產生沖擊,而且考慮汽車行業的特殊性,這種改革的難度會更大。
如果做不好,很有可能就像中國的音像行業一樣,在短期內可以獲得利益,但真正的創新者會受到沖擊,在中國基礎工業人才不足的情況下,這種沖擊帶來的影響可能是難以估量的。
即便遇到了各種各樣的問題,這并不妨礙3D打印成為汽車制造業的一個重點改革手段。當今汽車制造業最缺乏的就是創新了,百年的技術積累其實也帶來了百年的技術壁壘,打破傳統的技術壁壘,對老式的制造方法進行改進,而不是全面取代,這才是3D打印的現實任務。
舉例來說,為了應對復雜程度越來越大的零件,傳統方法是增加制造工具、機床的加工維數和機器聯動的軸數,但是這會使得成本和開發難度越來越大。而3D打印的方法就很好地解決了這個問題,它能把三維零件結構離散成一系列二維的片層,然后堆疊起來,最后完成三維結構成型,大大降低了制造難度。
此外,3D打印對模具和鑄造業的幫助也是很大的。傳統方法中復雜外形鑄件十分依賴手工技師,需要將砂模拆分制造后再結合起來,同時還需要母模造型、倒模等高難度技術。但使用3D打印技術后,就可以在不進行拆分的情況下,一體制造出精度更高、任意外形的砂模,與原有的制造方法相比可以大約降低一半的生產時間。
將3D打印技術的個性化、復雜化、高難度的特點與傳統制造業的規模化、批量化、精細化相結合,與制造技術、信息技術、材料技術相結合,不斷推動3D打印技術在汽車零部件產業的創新發展,打破傳統的汽車制造壁壘,將創新引入制造業,以尋求更加合理經濟的制造模式才是這項技術的真實意義所在。