3D打印技術可以打印汽車？

3D打印這項技術可以讓物美價廉的節能汽車走進千家萬戶?現在，這已經不是天方夜譚了。

如果一輛被擦得锃亮、通體涂著耀眼藍色車漆的傳奇車型擺在人們的面前，那它想不吸引眼球都難。不過在今年一月末舉辦的群星薈萃的底特律車展上，這輛來自美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的Shelby Cobra（福特野馬眼鏡蛇）經典超級跑車如果想在眾多展車面前大出風頭的話，還真要有兩把刷子才行。

在這次車展，謳歌和福特都推出了它們的最新超級跑車NSX和全新GT，同時眾多廠商都自豪地展示著自家最新研制的混合動力和純電動汽車，會場另外一邊那些涂著啞光漆的威猛軍用展車和狂野的豪華皮卡，和所有這些展臺明星一起，在這80多萬參觀者面前互相爭風吃醋，令人目不暇接。

不過在主打未來汽車科技的一個展區，這輛曾在1967年大出風頭的經典車型，Shelby Cobra，意外地被擺放到這里，似乎在蠢蠢欲動，意欲再次引領潮流。

橡樹嶺實驗室制造組的組長勒夫覺得那些參觀者路過它時估計會問，這到底是什么情況，這個古董怎么會出現在這個展廳。不過直到有人在它的旁邊立了塊牌子：由3-D打印機制造，才有人停下來仔細想想這是怎么回事。

這個項目是為了驗證一種最新的概念，即“增量制造技術”，看看這項技術在汽車工業是不是也能大放異彩。在傳統制造工藝中，基本過程就是把一塊金屬坯子用車床一點點削成想要的形狀，是減法，而增量制造技術是從零件的底部開始，當印刷一樣，一層一層地添加物料，是加法。使用這種技術的車廠可以大大縮減產品的研制和調試時間，從而降低整個生產周期中的碳排放量，并且讓廠家在面對某些特殊需求的汽車市場時能夠更快做出反應來搶占先機。勒夫堅信他們運用的3-D打印技術能夠在汽車制造領域突破常規，異軍突起。

減少的是零件數目，增加的是生產速度

在六周周時間內，在3D打印機的幫助下，研究人員利用高強度的復合碳纖維為Cobra制造了底盤和車身鈑金。目前量產車的零件數目一般會達到2000個左右，而這輛打印出來的Cobra卻只有不到70個零件，總重量僅僅750千克。不是開玩笑，你在幾天之內就可以把整套傳動系統（引擎、變速箱、軸系等）安裝到底盤上，這輛車在最終量產后的價格也會出奇地低廉，開走它大概僅僅需要14000美元。

即使Oak Ridge Shelby Cobra把之前V8發動機爆發出的迷人聲浪換成了由一臺功率100千瓦電機的嗡嗡作響，不過它在全力加速時仍然可以在路面留下一串的胎痕，其0至100公里每時加速成績可進到5秒之內。而且它的電機、傳動系統、剎車和輪胎都是全新設計的，也就是說，它仍然是一輛不折不扣的超級跑車。

福特汽車增量制造研究小組組長Ellen Lee說她之所以為這輛3D打印汽車感到興奮，是因為這表明每家車廠都可以運用這項技術把自家的車變得更加物美價廉。這輛歷經風雨的經典車型在這次車展上再次綻放光芒。

其實在過去的30年中，有不少車廠已經以不同的方式嘗試過把增量制造技術運用到汽車制造領域中，但是在設計和原型車制造階段所使用的一次性設備大大限制了這項新技術的應用。

因為單單研制一臺用來生產門板、保險杠和底盤零件的3D打印設備就需要好幾個月，并花掉上百萬的美金，所以這個新技術目前還難以與那些傳統工藝正面交鋒，例如注射制模和沖壓制造工藝，這些傳統工藝在幾秒鐘就會造出一個零件，然后東拼西湊就會造出一臺量產車。

另外增量制造技術也存在著一些結構上的缺陷，由于整個制造過程是一層一層進行的，所以這些零件如果以整個平面來受力的話還好，但當它們以某一點受力時就很可能斷裂。同時在打印過程中，零件還會留下丑陋的扇形邊緣，這輛Cobra是經過了大量的打磨和拋光供需才得以展現出那經典的車身曲線的。

更短的制造周期意味著消耗掉更少的能源

像福特汽車這樣的大型汽車制造商，3D打印的價值逐漸體現在汽車的設計階段和制造模具的過程中。在制造原型車的過程中，可以利用3D打印技術在成品上直接進行設計更改，而不用修改模具再重新造。這就把產品的研制和生產周期從幾年的時間縮短到僅僅幾個月，好讓那些新穎的汽車更快地從實驗室被開到公路上去。

另外，除了完全用這項技術去和傳統工藝對抗，我們也可以用它去改進這些傳統工藝。目前車廠使用的生產模具都是將鋼鐵或者鋁打磨且削而成的，是一個昂貴、耗時又耗能的過程。特別是對于原型車或者限量車型來說，這個代價太大了，為它消耗掉的能源也是不太值得的。

有了3D打印技術，工程師在幾個小時之內就生產出定制的模具，并且在設計零件的過程中可以從根本上減少產品重量和物料的消耗量，這是傳統工藝難以做到的。這種節能環保生產方式，可以為那些純電動車和油電混合動力汽車展現出一種更加環境友好的姿態，不必再用“少燒油”去抵消制造它們過程中所造成的那些污染和排放。

那些新興的汽車制造公司也在關注的增量制造技術的應用前景。這種技術在一定程度上降低了生產汽車及其零部件的門檻，也將大大吸引那些創業者來涉足汽車制造領域。

不久前，一座關于研究先進復合材料與創新制造的研究所在田納西州立大學成立，拉攏了約兩億五千萬資金，包括橡樹嶺國家實驗室以及福特汽車等122個機構參與了這個項目。這個項目的目標就包含了為汽車的輕量化研究新材料新技術。

這僅僅是3D打印技術在汽車領域的一個表現，如今越來越多的資金和人力已經投入到了這項新技術的開發中，相信3D打印早晚有一天會走進千家萬戶。

發表于 2016-02-27 00:00
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