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都是依据传统工艺发展出的设计理念

文章来源: 更新时间:2019-02-10 13:22

  在媒体的推波助澜下,3D打印以高科技产业的形象出现在公众面前,在2013年后的媒介影响力达到了顶峰。而实际上,3D打印在本质上仍是制造技术的一种。近几年发展速度很快,但产业规模仍然不到整个制造业的一个零头。

  汽车制造,在制造业中可谓是规模最大、综合要求最高。若3D打印有朝一日在汽车领域广泛应用,那我们就可以说3D打印线D打印离汽车制造还有多远呢?

  3D打印最早的时候,叫做快速原型(RapidPrototyping)技术。原因在于:那时候它唯一的用途就是做快速原型,也就是设计验证、装配验证、功能验证等。

  近年来,3D打印进入汽车行业,最自然而然的方式就是快速原型。对汽车企业来说,用3D打印做快速原型,不一定更便宜,但一定会节省时间。对于车型研发来说,时间就是金钱。

  总体来说,3D打印以快速原型的角色进入汽车行业,是相对较为深入的。但是,这些应用总体来说是替代性的,而非是革新性的。3D打印的野心不止于此。

  3D打印可以个性化定制,为每个消费者提供独一无二的汽车。然而,这同时会增加额外的成本,消费者是否愿意为这部分成本买单呢?

  首先通过宝马MiniCooper的订购系统,可以设计自己喜欢的文字、图案。

  不得不说,把自己喜欢的名字、图片刻在自己的爱车上,这种“官方改装”服务还是挺令人动心的。价格也不贵,才149欧元(总共4个部件,3D打印是其中两个)。

  相对于快速原型,宝马MiniCooper使用3D打印创造了新的价值,更有启发性。

  这个逻辑很通顺,停产的老爷车如果坏了,修理起来是一件麻烦的事情,这时候就需要3D打印。事故的拍卖车,部分零件也很难找,可能就需要3D打印派上用场。不同的是,事故拍卖车的修复,对成本更敏感——若修复成本比汽车残值还高,我何必修复呢?

  美国的LocalMotors公司宣称,直接3D打印汽车。这是一个宏大的口号,然而尚未对汽车业产生实质的影响:说到底,也只是打印一个外壳而已。

  据说使用了碳纤维3D打印,实际上是纤维增强型塑料打印,具体性能、是否能过汽车法规,是个问号。

  LocalMotor3D打印汽车中国XEV也是要3D打印汽车,很明显在商业模式上要比LocalMotors想得更清楚一些,而且在设计上更能发挥出3D打印的优势。当然,要想落实到应用,这仍然不是一件容易的事情。

  如果你是一名汽车工程师,在看到上述4方面的3D打印应用之后,我猜你可能已经不耐烦了。其实,我也是汽车工程师,我都不耐烦了:无论是快速原型、个性定制、修理改装、外壳打印,这不过都是边边角角、锦上添花、可有可无的应用啊!

  第一点很好理解,如果汽车的上千个零件中,没有任何一个是3D打印的,那怎么好意思说3D打印突破了汽车行业呢?反过来,如果有任何一个不太小的零件使用了3D打印来制造,这一个零件的产值可能就超过了目前3D打印整个行业。

  3D打印成本高,而汽车行业对成本极其敏感。为何3D打印率先在飞机制造上率先使用?就在一汽车制造对成本不太敏感。

  3D打印速度慢,而汽车行业对产能要求高。中国每年要制造3000万辆汽车,而空客每年才制造不到1000架飞机。

  有人逐个考查过上的汽车每个零件,得到的结论是:目前车上的所有零件,3D打印都比不过传统制造工艺。

  这个结论是对的,但有一个误区。那就是,设计与工艺是密不可分的,车上所有的零件都是依据传统制造工艺设计的,3D打印能比得过那就奇了怪了!如果想找到3D打印有优势的零件,必须要把设计与工艺结合起来!

  大家还记得这个灵活的机器人吗?这是由BostonDynamics开发的。可以理解的是,要实现这样的壮举,不仅需要牛逼的控制算法,机器人本身的轻量化也非常重要。

  波士顿副总裁亚伦桑德斯指出,轻量化的秘密,就在于3D打印。3D打印出的钢、铝,并不会比冲压、铸造出来的密度更低,要想实现轻量化,必须在设计上下功夫。

  拓扑优化与晶格结构:右腿的“骨骼”有一个明显的中空部分,这就是通过拓扑优化来实现轻量化;“骨骼”部分采用晶格结构,可以进一步实现轻量化。这些工作,用铸造或机加工,都很难实现。

  内部流道:左腿的液压管是暴露在外部的,而右腿中,则直接集成到了“骨骼”内部,不仅更加可靠,还节省了固定液压管的重量与体积。

  从波士顿机器腿部的进化,我们可以看出:工艺变革必须与设计变革结合起来,才有可能创造价值。

  回到汽车行业,燃油汽车的轻量化可以减少油耗与污染,而电动汽车的轻量化更为重要——可以缓解续航问题。

  尽管存在潜在的需求,但将3D打印应用到汽车行业还是困难重重。除了3D打印技术本身需要在成本、速度上进一步提升之外,设计人才、设计软件的进化也刻不容缓。

  设计软件:传统的CAD软件,大多是针对传统制造方式设计的,像拓扑优化、晶格结构这种功能还比较难用,或根本没用。

  设计人才:几十年以来,无论是工业设计还是结构设计,都是依据传统工艺发展出的设计理念。在传统理念中,3D打印的拓扑结构与晶格结构无异于“大逆不道”——根本加工不出来的结构,设计出来有什么意义呢?

  所以说,这不仅仅是3D打印一个行业的事业,而是需要多个领域跨界融合,才能推动得快一些。



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