3D打印在汽车领域的结合点和产业化机会-AMCC 2018 杭州大会

AMCC2018杭州大会汽车工业增材制造发展论坛期间,3D科学谷创始人王晓燕进行了题为“3D打印在汽车行业的发展与挑战” 的演讲。以下是现场演讲内容的文字速记。

王晓燕:大家下午好!我主要跟大家介绍一下3D打印在汽车领域的结合点,以及它的一些产业化的机会。

我想了解一下,在座的各位有哪些是汽车厂的,或者给汽车厂做配套的,有吗?

如果谈到3D打印在汽车行业的应用,可能我们需要去了解,它也像一个小孩子一样,是一步一步的过程。汽车是最早用3D打印技术的,比航空航天和医疗都要早,那个时候用的比较多的就是刚才各位专家提到过的设计原型这一块。同时再往汽车后市场以及轻量化的零件,以及众包汽车设计与制造方向去发展。大家可能觉得很奇怪为什么会有这样的发展趋势,我们需要去了解3D打印的特点。

先看一下这个市场。根据Smartech报告,可以说这个市场跟汽车行业相比很小,到2013年有望达到22.7亿美金。这块是我们需要去看一看它的市场发展是根据什么推导出来的,所以我们需要了解3D打印技术的特点。我不知道在座各位有没有了解,因为它是一大类技术,在这一类技术里面有打塑料的、金属的,还有打砂子和陶瓷的,这里面又有不同的材料。即便是这样,这一大类的3D打印技术都有一个共同的特点。

第一个特点,它不需要模具,也就是去模具化,去模具化就带来一个很好的应用场景,如果不需要模具的话3D打印最适合用来做什么?小批量的生产,小批量包括原型、定制、备品备件,这个领域都非常适合它。但是我们通常会忽略3D打印另外一个非常具有潜力的特点,就是它对复杂性的边际成本几乎是不敏感的,几乎是零。

看一下这个图表。纵坐标是它的成本,横坐标是产品的复杂性。比如拿我们经常喝的矿泉水瓶子举例,这是一个非常简单的产品,它有没有必要通过3D打印来完成呢?基本上没有必要,因为它太简单了。但是如果我们做一个非常非常复杂的产品,通过3D打印来做就非常有优势,因为它基本上是按照你耗费了多少材料的方式来计算它的价格。所以产品越复杂,用3D打印来做越具有优势。

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另外一块我们比较容易忽略3D打印的,因为在制造业的时候,大家容易看我在生产的时候要花多少时间,比如我要做一个汽车涡轮增压的叶轮,你会看加工节拍。但是3D打印带给我们另外一种方式,就是我们关注它不仅仅关注它在制造过程中的加工节拍怎么样的,它消耗了什么样的材料,比如这个产品是一个功能集成性的产品,减少了组装过程,也减少了人工成本,减少了反复检测的成本,也避免了精度跑偏的问题。如果它用在航空航天或者汽车,带来的直接好处是可以减少燃油的消耗,尤其现在汽车行业在走电动化的汽车,3D打印跟汽车的结合点就更值得探索,我们觉得它有很多的商业结合点。因为如果是一个金属的车身,本身对于电动车来说重量也是不一样的。

我们大概把应用分成几块,是3D打印非常具有优势的。这就回到3D打印技术本身,我们需要对它有一个非常明确的了解,因为并不是每一样技术都适合汽车行业,也并不是每一样技术在汽车行业的应用都达到了一定的成熟度,有的技术可能还是属于一个比较初级的水平,有的技术已经完全可以用在汽车行业了。在这里比较常用的,大家谈论比较多的是粉末床熔融技术,当然这是一大类,在这一类里面还包括把金属完全熔化掉,谈论更多的是DMLS技术,如果大家有兴趣可以进行比较深入的了解。

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但这块如果要想取代传统的铸造,目前来看可行性不大,因为铸造成本和直接用3D打印打印出来金属连件,价格不是5和6的区别,是一个量级的差别。包括粘结剂的喷射,用在汽车行业比较多的是粘砂子或者亚克力的树脂,这可能是产业化的切入点。当然也不是规模的应用,但是我们所知道的,西门子为了它的电动机壳体,在中国投了很多条生产线,这个壳体设计非常复杂,它们也采用了3D打印砂模的方式,把这个壳体快速制造出来。还有喷射方面,喷射也是我们非常感兴趣的一块,因为它主要是在塑料这块的打印,它的直观好处是生产效率非常高,这就带来比较好的想象空间,就是塑料可能会更多用于汽车方面。

这是稍微小众一点的技术,我不详细介绍了。把这些技术罗列在这儿的目的是什么呢?大家可能看到每一样技术的时候都需要去理解这个技术本身的特点,这是非常重要的。因为就我个人经验来讲,我去过一些做3D打印产品设备的厂商,会把两种技术所实现的产品的价值是不一样的放在一起比较功率和技术方面的参数,在我们看来这是毫无意义的,因为你做的产品特点都不一样。

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这么多的技术,跟它所加工的材料不同,它用于汽车领域的一些产品或者用于汽车领域的阶段也是不一样的。举个例子,比如发动机的制造,我们现在开的车发动机基本上是通过铸造的方式,再通过机加工就得到了这个发动机,因为这是最具有成本效益的。3D打印用在这个领域也是有不同方式的,因为3D打印技术分化特别厉害。有一种方式,3D打印出一个熔模,通过在塑料外面包覆一定耐火的材料,把塑料这块烧掉,烧掉以后就可以得到一个型壳,再把熔融技术铸进去,这是铸造的过程。也可以打印一个砂模,然后直接铸造,当然成本比较高。也可以直接3D打印金属粉末,来做发动机。

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目前国内做设备的非常多,我们把它放在这里,因为3D打印最大的价值是它的应用,而不是这个设备,这个设备市场是不可能大的。所以有这么多企业都跑到这个市场来,这后面应该会有一个洗牌的过程。

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这是一个老爷车,已经不能动了,但是通过逆向工程,可以重新把发动机浇铸出来。以及刚才提到3D打印,它虽然是无模的,但是3D打印是可以打印模具的,为什么要打印模具?尤其是快速模具,因为在汽车厂开发一个汽车的时候,它开发的节奏要求是非常紧的。这时候如果只是用3D打印来打印出来一个产品作为原型,有可能不是真材,就是最后用在汽车上面的那个材料。因为目前我们可以打的塑料材料还是比较有限的,这个时候就需要用3D打印打印出一个模具来,也有可能这个模具是金属的,也有可能是陶瓷的,也有可能是塑料的,然后用作快速模具,把这个真正的汽车上要使用的,比如TPU的材料,把它注塑出来。

3D打印在汽车领域的结合点和产业化机会-AMCC 2018 杭州大会这是一些原型,已经应用很多年了,那么3D打印的趋势是什么?我们做的原型越来越逼真了。

在国外有个性化的定制,有一些平台是要做开源的汽车,也就是说汽车不再是生产完了以后大家挑我要买什么样的汽车,而是设计过程当中通过这个平台提交一些我想要的汽车,个性化要求可以帮助实现。
当然有一些高级的车,因为汽车到最后大家买的时候,大家不可能特别了解你的发动机或者内部技术怎么样。作为普通的消费者,去了就是看漂不漂亮,有的汽车厂商另辟蹊径,把3D打印作为一种个性化的实现方式,宾利也在做这个事情,法国的标致也在做这个事情。

谈到轻量化,丰田汽车与Materialise共同开发了汽车座椅,它很透气,因为现在的汽车座椅并不透气,坐起来并不舒服。另外是把发动机整体气缸改掉了,里面有很多散热的结构,这也算是一个趋势,当然它的价格太贵了,也不可能在短时间内商业化。

3D打印在汽车领域的结合点和产业化机会-AMCC 2018 杭州大会这个车把自然界的仿生灵感应用到汽车设计领域,这也是一个探索的方向。尤其是把汽车的前端通过金属粉末的3D打印,把它打好组装起来了。这也是一个探索,并没有被商业化。

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这是一个已经商业化的案例,是在国外的一个跑车。车最大的重量是来自于车身,尤其是底盘,如果底盘能够得到非常大明显的减重,对于电动车来说是具有很明显效果的,整个底盘是3D打印的铝合金和碳纤维的塑料管,像乐高一样组装起来。它已经在上海建厂了,这个车会用作分时租赁的车。当然它也可以用作再制造,这也是因为3D打印无模化的特点。

我们把电动车单独提出来,因为我们知道传统汽车厂,如果想采取3D打印技术的话供应链非常复杂,任何一个企业都不可能从一个山峰直接跳到另外一个山峰,它要有一个下山的过程,然后再有一个上山的过程。对于现有供应链体系来说3D打印都是一个非常大的挑战,电动车是一个全新的市场,并不仅仅是换掉了一个发动机那么简单,它更可能采用3D打印技术。它的市场也是非常可观的,在未来20年内电动汽车市场占有率将从2提升到92%的市场份额。

3D打印与电动车的结合点,也不仅仅去打一些塑料的产品,它还是非常有发展潜力的,因为对于电动车来说,包括它的齿轮箱、转向机构,都可以变得更加集成,更加精密,甚至更加薄壁化,包括它的散热器,可以提高散热器的效率。

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说到散热器,商业化的案例已经有了,这两家公司就是用3D打印来打印电动汽车的散热器。在国外也已经探索用3D打印来做汽车的电力驱动和控制系统。这就是电动汽车非常核心的东西。

通用汽车通过3D打印来做仿生力学结构的支架,对于宝马汽车来说,它已经有一个量产的案例。我们的感觉,对汽车减重能减多少呢?应该是微乎其微的,但是对买这个车的人,就给了他一个理由买这个车,因为看起来非常漂亮,也很酷。这是当前3D打印可以进入汽车产业化领域的一个结合点。

这是刚才我们所介绍的,碳纤维管和铝合金的,它是这样做了汽车的底盘。

国外工厂也变得更加小型化了,这是发生在我们身边的趋势,也就是社区工厂,提供的是定制化的汽车服务,对于消费者来说,通过互联网就可以下订单,也可以通过互联网去提交他的要求。

讲了这么多,理想很完美,现实很残酷。3D打印真的想进入到汽车领域,除了标准,因为汽车行业标准也很严格,你要拿到这些标准是非常难的。但是从量上来讲,从小批量的十几个增加到一百万个,这是有一个巨大的量变的挑战,因为机器的尺寸也没有办法去做特别大的零件,精度现在还需要后加工。材料的选择,汽车领域用的在料,目前也并不是3D打印为主流的材料。它的效率也没有办法跟传统的加工效率比,以及它的成本也是很大的因素,因为它的成本不能单独看3D打印成本,还要看它的后处理成本,有的时候后处理成本甚至和3D打印成本是一样的。

3D科学谷跟汽车工程协会有一个合作,我们有一个《3D打印与汽车行业技术发展报告》,大家有兴趣可以关注这个书,今年会通过机械工业出版社出版一本《3D打印与工业制造》的书。

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我就介绍这些,感谢大家对3D科学谷的关注,谢谢。

文章来源:南极熊

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