对于产业价值链来说，占据其“头部”才是真正的利润来源——产业微笑曲线

挖掘3D打印技术的高附加值

汽车行业正面临着百年来的巨变，从传统的动力总成技术向电气化的转型，从传统的交通工具向“第三生活空间”的转变，从传统的加工技术向新兴的制造模式转身……传统汽车以及新能源汽车对于轻量化生产工艺的共同需求，消费者对于定制化汽车的浓厚兴趣，加诸2020年新冠肺炎疫情对于行业的影响，都促使汽车制造商寻求更低的开发成本、更快速的研发周期以及更个性化的零部件产品以提升市场竞争能力。

汽车研发属于资本与技术密集的产业，新车的研发耗资巨大，一辆新车的研发成本大约在10-500亿元，其中很大一部分花在试制上面。为了降低试制成本，汽车行业很早就引入3D打印技术，主要用于汽车前端产品研发，工装的夹具、检具制造和个性化定制及改装。WohlersReport2020指出，2019年全球汽车产业以16.4%的占有率引领3D打印行业应用，紧随其后的是消费领域、电子领域和航空航天，分别为15.4%和14.7%。可见，正在经历100多年来最大规模转型的汽车行业，正在利用与时俱进的3D打印技术在市场上大放异彩。

上汽大众车身研发高级总监&教授级高级工程师沈卫东表示，造型是产品研发最前端的环节，传统的造型模型常常出现与实车效果相去甚远的问题，3D打印技术可以保证造型模型和实车一致，设计师可以更好地评判造型效果以确定造型方案。在零件的结构设计和技术验证方面，通过评价利用3D打印技术做出的样品，可以使模具工装的投入降低，从而将制造时间缩短70%，同时还能降低车重的15%，提高产品成熟度。在车身设计方面，3D打印技术更是有着颠覆性的思维，例如传统的制造工艺无法做出来的圆角，可以通过3D打印技术完美呈现，帮助设计师拓展想象力的边界。

在工装夹具和检具的制造方面，沈卫东例举了上汽大众在长沙总装工厂遇到的平整度控制难题。在传统的三坐标测量机无法完成的情况下，上汽大众利用3D打印技术快速制作了非标检具，很快解决了难题。对于个性化定制，除了安全件，3D打印技术都可以做出来，从接受客户订单到交货在一周内就能完成。对于3D打印如何从概念到实车安装的零件的制造过程，他还例举了具有代表性的戴姆勒三步走的策略：第一步是在一个庞大的零件数据库里，找到适合3D打印的零部件；第二步是概念验证，验证筛选出来的零件在经济性以及技术方面是否可行；第三步就是利用3D打印来实现数字化的零部件生产。

“对于产业价值链来说，占据其‘头部’才是真正的利润来源，如何在研发、品牌营销等环节通过技术占据一定的市场份额，是车企关注的焦点。3D打印以客户需求和产品功能为导向的设计理念提升了产品的附加值，其产品的更新速度对目前汽车工业的形势来说也有非常多的利好。不能说3D打印是拯救汽车工业的最大利器，但其带来的高附加值应用值得我们关注”，沈卫东在解释产业微笑曲线的时候说道。

工艺与材料双重挑战下的机遇

3D打印的技术类型主要有SLA、SLS、FDM、SLM、3DP等，成型原理分别是光固化成型、选择性激光烧结、熔融沉积、选择性激光熔融、立体喷墨打印等。选择合适的3D打印材料与工艺，对产出的零件质量至关重要，而决定用哪种工艺进行零部件的试制还需要一系列的性能验证，以及对试制费用进行比较。

东风汽车集团产品工程高级工程师陈龙举了用SLS工艺打印塑料进气歧管试制验证的例子：进气歧管主要由歧管上片、歧管下片、密封垫圈、螺纹嵌件、压管等5个部分组成，其本体材料是尼龙加30%的玻纤。需要验证的性能包括耐温性、耐压性、热稳定性、气密性、最小拉拔力、表面质量等，热变形温度需要在150℃以上，性能验证完成后需要从成本上来考虑使用哪种工艺。

“我们通过SLS工艺与硅胶模试制的费用进行对比，发现在设计研发阶段，采用SLS工艺进行小批量试制，在成本上具有一定的优势”，他告诉我们，“并非所有的3D打印零件都可以直接满足后续需求，很多情况下需要进行二次处理，例如歧管内壁采用树脂浸渗处理来保证光洁度需求，歧管上下片整体成型保证密封性。后续还需要通过机加工对装配面进行处理才能进行后续的装配应用。”

“目前，我们在3D打印的应用过程中主要遇到两个难点，一个是全彩3D打印在颜色纹理方面还需要提升，以满足汽车厂商对于汽车造型验证的需求。另一个是橡胶3D打印材料在耐热性方面还有很大的提升空间，以满足汽车设计验证过程中对于橡胶材料的需求”，陈龙如是说道。

3D打印并不是最近几年才兴起的，它起源于上世纪80年代末，其在汽车研发的高效应用让人们不禁会把目光投向汽车制造领域。一汽大众（长春）高级工程师吴宏涛谈到，3D打印在批量汽车制造上的应用主要受制于两大因素：一方面，汽车零件生产还是以模具为主，因为对于大批量生产，模具的单件成本更低，成型效率更高；另一方面，由于3D打印层与层之间大部分是靠材料自身的重力堆叠在一起的，这使得同材料的3D打印件组织致密度无法与模塑件相比，其性能表现与实际的工艺要求还存在差距。

3D打印作为高新技术产业，研发投入、技术发展对于产业规模的拓展具有关键作用，如今3D打印技术在汽车行业的渗透越来越明显。据悉，截至2019年底，美国通用汽车已拥有17台StratasysFDM工业级3D打印机，并通过3D打印为其生产线提速、减重和提升成本效益。2020年6月，宝马集团斥资1500万欧元开设新的增材制造园区，推动公司在汽车增材制造领域的蓬勃发展。

正如吴宏涛对3D打印行业未来展望时所说，“从汽车行业看未来3D打印技术的发展趋势，相信未来将会诞生机械性能更好并且更便宜的材料，打印零件的表面质量将会更好，成型速度也将更快，设备参数将走向开源化。”未来3D打印技术能发展得多快，应用的行业领域能够拓展得多深多广，我们将拭目以待！

“颠覆”是我们现在谈论得非常多的一个词，3D打印脱离了传统制造加工的束缚，也颠覆我们对传统制造业的理解。抛开传统加工中对模具的依赖，3D打印凭借更高的设计自由度、更短的产品开发周期让其在复杂的零件加工领域备受青睐。近十年来，3D打印市场的年平均增长率基本保持在25%以上。据WohlersReport2020数据显示，2019年全球3D打印市场总值达到118.67亿美元。