3D打印技术要取代传统零部件产业？

　　近日，《国家增材制造产业发展推进计划（2015－2016年）》（简称“《计划》”）对外发布，其中提出2016年初步建立较为完善的增材制造（又称“3D打印”）产业体系，产业销售收入实现快速增长，年均增长速度达30%以上，整体技术水平与国际同步。业内人士表示，该《计划》不仅可以解决3D打印如何与各行各业有效结合的发展难题，同时还能刺激零部件企业技术创新，为行业发展带来新商机。

　　名词解释

　　3D打印是快速成型技术的一种，是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式构造物体的技术。与普通打印机相比，3D打印机的“墨水”为原材料，通过若干层材料的堆叠达到立体效果。有许多人将这一过程比喻为搭积木。该技术已经运用于多个行业，汽车及零部件制造是3D打印技术目前重点推广的领域，主要用于模具制造与产品研发设计阶段。

　　《计划》有望加快新兴行业快速发展

　　在我国，3D打印技术已被全面应用于歼－20隐形战斗机和歼－31第五代战斗机的研发中，3D打印技术正在制造我国空军发展的“中国速度”。

　　然而，在汽车零部件行业推广初期，几乎没有整车厂和零部件制造商愿意采用这项技术。2014年相关政府部门开始在行业内调研，到2015年《计划》正式发文，业内制造商才对3D打印认知逐渐提升，部分企业也才实现对3D技术认知到应用的过渡。

　　而在国外，这一技术方向已经得到广泛认可。2012年，美国《时代》周刊将3D打印产业列为“美国十大增长最快的工业”；英国《经济学人》杂志则认为，3D打印技术将与数字化生产模式一同成为引发第三次工业革命的关键因素。

　　更值得关注的是，日前美国Local Motors公司仅用了44个小时通过3D打印技术打印和组装了一辆小车——“Strati”。这辆可搭载两人的小车最高时速达56公里，电池可支持其行驶193到243公里。整车中除电动机、电池、电线、座椅、挡风玻璃、悬架、车轮等零部件外，近50个不能移动、不用清洁和不导电的零部件全部使用3D打印技术制造。其主要原料由黑色塑料层和碳纤维加固层组成。Local Motors公司首席执行官约翰·罗杰斯接受采访时表示：“我们是第一家利用3D打印技术、使用碳纤维增强型热塑性塑料制造汽车的公司。座椅、车身、底盘、中心控制台、引擎罩等都是3D打印的。”据悉，此前该公司已经利用类似方法制造出摩托车、电动滑板以及其他车辆。

　　在汽车零部件制造、整车开发过程中需要对汽车外形、内外饰件造型进行设计、评审和确定，应用3D打印技术可以制定车灯、座椅、方向盘和轮胎等零部件快速成型件。此外，对于整车开发过程中产品设计可靠性的验证环节，3D打印技术可以在设计前期制作样件验证，降低设计风险，减少研发成本。这是3D打印技术在汽车零部件领域应用的优势。

　　据了解，3D打印技术优点在于可以为复杂结构金属零部件免去开发开模环节，缩短新品开发周期，节省出更多的人力、财力和时间。此外，该技术还可使金属零部件的力学性能和精度达到锻造件的指标，保证汽车零部件对于精度和强度的要求。

　　由工信部、国家发改委、财政部研究制定的《计划》，则有望加快3D打印技术与零部件研发跨界联合，使该技术得到更广泛应用。有业内人士预测，《计划》会刺激这一新兴行业在未来五至十年飞速发展。

　　前沿企业积极研发材料

　　虽然国内已有汽车零部件企业通过3D打印技术制作刹车连杆、刹车片、车灯、线束等复杂的结构件用于研发使用。但相比欧美国家，3D打印在我国汽车零部件行业应用发展刚刚起步，而制约其发展的瓶颈是材料缺乏与行业认知低，成为产业发展的拦路虎。

　　为此，《计划》提出要将3D打印与汽车、航空航天、生物医疗等重要细分领域分门别类地进行跨行业联合，突破一批增材制造专用材料。到2016年，实现钛合金、高强钢、部分耐高温高强度工程塑料等专用材料的自主生产，满足行业发展需求。

　　据了解，当前市场上的化工材料有一万多种，而能够应用于3D打印技术的却只有50多种。材料应用方面还有很大空间可以突破，很多企业正在积极研发新材料。例如，巴斯夫集团正在针对汽车内饰件的专业材料进行研发，不久更多汽车内饰件就可以应用到3D打印技术。

　　目前满足汽车零部件行业3D打印要求的材料有纯尼龙材料、矿纤复合材料、碳纤材料、玻璃微珠复合材料等。采用较多的是尼龙粉末材料，其具有色泽稳定、抗氧化性好、尺寸稳定等优点，成品后期喷漆效果好。

　　彼牧公司汽车事业部3D打印经理王弄璋认为，行业细分化、打印材料的突破与丰富将有利于3D打印技术在汽车零部件行业更好、更快发展。3D打印零部件材料种类显著增加，意味着零部件制造成本或在三到五年内大幅下降。未来，整车以及零部件领域对3D打印技术需求是非常大的，或许会有更多的3D打印零部件实现产业化。

　　案例

　　一台3D打印设备价值上百万元，加上产品研发成本，这让不能及时可预见的效益的企业很难认可这笔投入。不过可喜的是，随着3D打印技术的深入，目前已有部分整车企业联合零部件企业制作汽车内外饰件的3D产品。由此可见，制造商们已经开始接受3D打印技术。

　　制造F1赛车进气歧管

　　要求：使用镍合金材料，通过EOSINTM270设备制造

　　方案：完全自动化一次性生产复杂部件

　　结果：包含热处理与精加工；只需一周时间完成了难以制造的（复杂结构，薄壁几何体）；功能齐全，适合高温高负荷运转

　　奥迪A4车轴

　　要求：制造全功能车轴，用于功能与装配测试

　　方案：使用聚苯乙烯树脂，通过EOSINTP700设备制造；用铝进行石膏熔模精密铸造

　　结果：缩短制造周期极具代表性的部件，节约70%时间、30%成本

　　Volvo汽车方向盘

　　要求：造型与设计原型制作

　　方案：使用尼龙材料，通过EOSINTP设备制造

　　结果：原型接近批量生产质量；表面质量、机械性能优异，尺寸精度良好

　　赛车摄像装置

　　要求：制作用于试运行与排位赛的板载摄像装置

　　方案：尼龙+铝粉材料，通过EOSINTP设备制造

　　结果：几小时内生产定制化部件，尺寸精度高

　　本刊记者 陈琼