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第三次革命 3D打印技术可以打印整车吗?

2013年03月06日 15:53 来源:汽车商业评论
作者:ABR实
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  只要3D打印使用的耗材足够广泛,它就能创造无限可能,但目前并非无所不能,比如它可以打印很多汽车零件,但不能打印出一整辆车

第三次革命 3D打印技术可以打印整车吗?

第三次革命

  当看到《007天降杀机》中那辆1960年的阿斯顿·马丁DB5被炸成碎片时,人们不禁要倒吸一口凉气。事实上,导演并未“烧包”到将一辆价值460万美元的豪车付之一炬,它不过是展现了一项新技术——3D打印。

  3D打印机是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它与普通打印机工作原理基本相同,打印机内装有“打印材料”,在计算机辅助设计(CAD)模型下,一层层地打印物体,从而把计算机上的蓝图变成三维实体。

  世界上第一台3D打印机诞生于1986 年,由美国人恩里科·迪尼发明。他成立的3D Systems公司是世界上第一家生产3D打印设备的公司,所采用的技术被称为“立体光刻技术”,利用紫外线照射可将树脂凝固成型来制造物体。

  《007天降杀机》中的阿斯顿·马丁由3D打印公司Voxeljet完成,以代替使用价格不菲的阿斯顿·马丁真车。他们采用了体积达8立方米的先进的VX4000 3D打印机,按照1:3的比例打印了3辆阿斯顿·马丁DB5汽车模型。

  其实在2011年9月,世界上第一辆“打印汽车”Urbee就已在加拿大亮相。它使用电池和汽油作为动力,搭载单缸发动机,虽然制动功率仅有8马力,但由于其小巧轻便,最高时速可达112公里。

  Urbee是一辆橙红色车身、三轮、双座混合动力车,扁长的外形颇具后现代主义色彩——圆润的流线、黑色的玻璃顶棚,像极了科幻电影中的小型飞行器。底盘为不锈钢制成,包括玻璃嵌板在内的所有外部组件都是通过Stratasys 公司的大型3D打印设备生产。

  2012年1月,第90届布鲁塞尔车展展出了全球首台3D打印的赛车亚利欧,最高时速141公里。它由比利时Materialise公司的“猛犸”(Mammoth)3D打印机打印完成,这种打印机能够打印尺寸达到210厘米×68厘米×80厘米的零部件。

  英国《经济学人》刊文称,“3D打印技术将与其他数字化生产模式一起,推动第三次工业革命的实现”。据称,从器官到鲜肉,再到房子、飞机,从某种意义上说,只要3D打印机使用的耗材足够广泛,它就能创造无限可能。

  美国《福布斯》杂志报道称,欧洲飞机制造公司空客的设计师正计划从飞机零部件开始,在2050年前达成3D打印飞机的计划。它还称2012年年底,空客会在A380客舱里先使用3D打印机的行李架,而其生产的军用飞机“台风”式战斗机,此前已经使用了3D打印的空调系统。

  但是3D打印机并非无所不能,网络上对新技术的一些描述并不准确,有的简直是异想天开。比如3D打印机可以打印很多汽车零件,但不能打印出一整辆车。

  007电影中的阿斯顿·马丁并非直接被打印出来,而是先制作了钢材质车身框架,然后通过CAD将所有部件数据输入3D打印机,接着使用PMMA塑料打印出了门、车顶、挡泥板等零件,最终通过对全部18个独立元件进行组装完成了3个汽车模型——其中一个在电影中“牺牲”了,而余下两个中,已有一个被佳士得拍卖行拍卖,价格让人讶异的高达99041美元——超过拍卖行预估的50%。

  3D打印的成本与物体的材质、结构和体量相关,物体越大结构越复杂,时间和成本随之骤升。来自荷兰的研发团队已经展示了一小块通过3D打印制成的肉片——2厘米长,1厘米宽,1毫米厚。据称,制作出一整个汉堡所需的成本是30万美元。

  《汽车商业评论(微博)》了解到,现在几乎所有跨国汽车企业都拥有3D打印设备,但多用于研发环节,这让他们设计更加自由也更易创新。

  2012年年底至今年初,福特官方连续公布了两段视频,介绍他们如何运用3D打印技术制造模型及零件。

  位于福特汽车硅谷实验室中的工程师伊文思(Dave Evans)完成了新的车辆仪表设计,将3D设计方案通过电子邮件发送给位于迪尔伯恩总部的同事Zac Nelson。而Nelson则使用一台被称作MakerBot Thing-O-Matic的设备,打印出该部件的模型。

  福特技术咨询委员会成员、高级技术工程师普拉萨德(K.Venkatesh Prasad)说,开发实体模型是研发过程中最好的做法,但这也非常耗时同时也很昂贵。3D打印技术的出现,则让这一切不再是难题。福特工程师们可以自行制造测试部件,让汽车设计过程的运行节奏更为紧凑,产品推向市场的时间更短。

  目前,福特已经试图大量运用3D打印技术,已知的应用了该项技术的零部件即包括:福特C-MAX和福特福星混合动力车里的转子,阻尼器外壳和变速箱;福特翼虎复合动力车使用EcoBoost四气缸发动机;福特2011版探险家的刹车片;福特F-150的3.5L EcoBoost引擎里的排气导管。

  我国的3D打印技术的研发始于1990年代,时任华中理工大学(现华中科技大学)校长、机械制造专家黄树槐在1991年成立快速制造中心,在1994年研制出了具有自主知识产权的“立体打印机”。2007年黄树槐去世,研发接力棒交到了史玉升教授手里。

  华中科技大学史玉升研究团队研制出了基于粉末床的激光烧结“立体打印”技术,获得了2011年国家技术发明二等奖,这个1.2米×1.2米工作面的世界最大“立体打印机”入选两院院士评选的2011年中国十大科技进展奖。

  除了史玉升研究团队,现在,我国3D打印机行业的科研团队主要还包括清华大学颜永年团队、西安交通大学卢秉恒团队和北京航空航天大学王华明团队等。

  《汽车商业评论》了解到,尽管有些中国企业已经研制出自己的3D打印机,也有人提供打印服务,但似乎没有企业专门从事材料和软件的研发。欧美在材料和软件研发方面掌握了许多核心技术,远远领跑于中国乃至亚洲。

  快速成型使用的材料大致可为五种类型:粉末材料、纸质材料、液态光敏材料、丝状材料与板材材料。目前国外材料的价格较为昂贵,国内也研发出了一些快速成型材料,但是总体来说与国外同系列的商品化材料相比,无论是在品种还是性能上均存在差距。

  全球性的3D软件公司Geomagic首席执行官傅苹倒是让中国人在3D打印技术方面挽回了不少颜面,她的公司为通用和福特汽车提供3D技术支持,但是她在其新书和相关采访中编造过去苦难史细节的行为则连累得让中国人不相信这种技术。但愿傅苹个人之事不会影响人们对于3D打印的信心。

  在美国已经有打印一些小东西的廉价3D打印机销售,人们对这个领域的热度越来越高,相信对我们未来的生活也会越来越有帮助。不过,3D打印在目前的中国究竟能够走多远,我们还需要观察。

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