近20年來，增材制造技術取得了快速發展，在消費電子、汽車、航空航天、醫療健康等領域廣泛應用。在汽車產業領域，從3D打印模型到定制化小規模生產運行，3D打印技術主要應用在整車OEM公司的生產設計上。3D打印技術在汽車領域是否還有更廣闊的發展空間？需要我們來進一步“挖一挖”。

3D打印在設計領域應用廣泛

汽車制造是金屬3D打印技術重要的應用領域。運用3D打印技術，汽車設計師可以快速制造原型，加快新車研發效率；小批量零件生產，則可以縮短供應鏈并節省成本，3D打印可謂是汽車行業重要的補充技術。除此之外，3D打印所特有的復雜零件制造優勢，更可以簡化汽車零件數量、降低重量，并節省材料。

在設計方面，利用3D打印技術，設計師可以在數小時或數天內制作出概念模型，由于3D打印的快速成型特性，汽車廠商可以應用于汽車外形設計的研發。相較傳統的手工制作油泥模型，3D打印能更精確地將3D設計圖轉換成實物，而且時間更短，提高汽車設計層面的生產效率。目前許多廠商已經在設計方面開始利用3D打印技術，比如寶馬、奔馳設計中心。

在材料方面，3D打印允許多樣的材料選擇。不同的機械性能以及精準的功能性原型制作，讓制造商在前期可以隨時修正錯誤并完善設計，使得錯誤成本最小化。

在工裝夾具方面，3D打印技術提供了一種快速準確的方法，大幅降低了工具生產的成本和時間。因而，汽車制造商迅速在產能、效率和質量上都得到提升。針對生產工具，例如水溶型內芯、碳纖維包裹、注塑成型等3D打印的應用，可以幫助企業實現快速小批量工具定制、降低成本并縮短產品上市時間。

特別是在汽車零部件設計生產過程中，借助3D打印技術，廠商能夠實現小批量定制部件和生產自動化，并且可以實現有機形狀、中空和負拉伸等復雜幾何形狀的創建和制造。3D打印能夠快速制作造型復雜的零部件，且當測試出現問題時，修改3D文件重新打印即可再次測試。

知名市場咨詢機構Frost & Sullivan最近發布的一份相關調查報告顯示，隨著3D打印技術在汽車工業中的應用迅速增加，預測汽車3D打印的市場規模有望于2025年達到43億美元。

實戰！它們如何駕馭3D打印

汽車行業是3D打印技術最早的應用領域之一，近年來，許多前沿汽車制造企業已經將3D打印技術應用于汽車研發過程。

早在2005年，一汽-大眾便引進了FDM、SLA和SLS 3D三種主流打印技術。從最早的3D Systems iPro8000 SLA光敏樹脂設備，到后來的Stratasys FDM Fotus 450以及湖南華曙的SS402P SLS設備，一汽-大眾將其應用于所有新車研發中，制作3D打印原型件、展示件、試驗零件等，如今每年3D打印汽車零部件達5000件左右。

據一汽-大眾高級工程師吳宏濤介紹，與傳統注塑工藝及其他3D打印技術相比起來，采用SLS技術制作的樣件具有良好的強度和優異的抗沖擊性能，并且可以快速、便捷地修改設計方案并反復大量迭代，在確保原型產品設計質量的同時，大大縮短了產品設計和原型開發所需的時間，提高了研發效率。

英國知名工業設計工作室Vital Auto，曾服務于沃爾沃、日產、蓮花、邁凱倫、吉利、TATA等汽車制造商。以車型設計為例，之前其為客戶設計及制作一款汽車油泥模型，一般采用手工粘土和銑削零件等傳統工藝，需要5-30人的團隊歷經3-12個月的時間、十幾次修改重塑。

為此，Vital Auto 3D打印部門引入多臺Formlabs的打印機。3D打印機的快速修改及全天候運營，不僅提高了設計工作室的工作效率，更降低了成本，同時還為客戶提供了多樣化的設計創意。

美國汽車巨頭通用汽車認為，3D打印領域具有巨大的應用價值，應該加緊利用。目前通用汽車主要將3D技術應用在工廠模具和固定裝置生產上。據介紹，通用汽車已經很好地掌握了3D打印作為原型設計工具的能力，許多部件都是在各種測試環境中用于預生產車輛的功能模型。

據悉，通用汽車已經成功解決了早期工具成本費用昂貴以及零件快速迭代的問題。在雪佛蘭克爾維特的制動冷卻管道開發過程中，該公司利用增材制造技術將時間縮短了9周，成本降低60%。

除了上述公司外，福特、寶馬、蘭博基尼、保時捷、本田、克萊斯勒、奔馳、奧迪等幾乎所有的整車廠都在持續探索3D打印帶來的無限可能。

另一個未來：3D打印電動機

雖然3D打印技術在汽車行業設計領域具有較大優勢，但該技術到目前為止并未在汽車批量化制造領域得到廣泛應用。這是因為，汽車生產需要高度的自動化、高效率、低成本、質量一致性，這似乎與3D打印當前的發展水平存在不少“鴻溝”。

業內人士分析指出，目前3D打印技術在汽車領域主要面對的瓶頸包括多個方面。

一是受限于機器尺寸，粉末床金屬熔融技術當前普遍限制在400毫米或者在600毫米，很難打印大的零部件；二是在準確性方面，增材制造需要能夠以最小的后處理需求來創建精確的零件；三是效率問題：目前增材制造對于汽車生產來說仍太慢，沖壓機每六秒鐘可生產一個零件，而粉末床金屬熔融技術則需要幾個小時才能生產一批小零件；四是成本問題：作為高產量、高質量產業，汽車對生產制造成本要求較高，雖然增材制造可以將許多零件組合在一起一次完成，但鑄造相較增材制造幾乎可以便宜兩個數量級。

3D打印技術如何在汽車領域進一步突破？3D打印電動機可能是個不錯的選擇。

業內人士指出，在全球“凈零”目標下，擴大高效節能電動機綠色供給、拓展高效節能電動機產業鏈、加快高效節能電動機推廣應用，以及推進電動機系統智能化、數字化提升，將是“十四五”時期重點工作，其中電動機能效提升將是大勢所趨，而3D打印電動機極有可能成為3D打印在汽車產業中的重要應用技術。

無論是在工業領域還是交通領域，未來的驅動任務都對各個組件提出了很高的要求。一方面基于傳統的制造工藝，優化的幾何形狀通常是不可能的，結果是設計者只能在性能和效率上痛苦折衷，某種意義上電動機的經典制造工藝已經達到了極限。

另一方面，隨著增材制造技術日趨成熟，盡管目前與傳統生產方法相比速度較慢且可靠性較低，但增材制造系統在生產具有非常規拓撲優化（TO-Topology Optimization)結構或小批量零件時會大放異彩，這為電動機的制造開辟了另外一條曲徑通幽之路。

當前，世界上的電動機研發團隊已將大量精力轉移到將增材制造系統集成于電動機生產周期中，以實施更強大、更高效地拓撲優化下一代電動機。3D打印電動機似乎只是時間問題，預測在未來幾年內，原型拓撲優化電動機組件的3D打印將急劇增加，最有可能集中在3D打印電動機繞組、熱交換器和同步轉子上。

當然，隨著技術、材料以及打印速度的進一步突破，在不久的將來3D打印或許可以在汽車汽車領域大有所謂。我國作為世界上最大的汽車產銷國之一，3D打印技術在我國汽車制造領域的實際應用將是不可逆的趨勢，而業內對于3D打印技術在汽車領域的探討也將不斷深入下去。

2023年9月12-14日，亞洲3D打印、增材制造展覽會（TCT亞洲展）將在上海國家會展中心舉辦。以“應用驅動變革”為主題的TCT亞洲峰會也將同期舉行。在交通與工業論壇中，主辦方將邀請業內專家分享3D打印在汽車設計、生產、維修等方面的應用實例，包括如何利用3D打印技術簡化工裝夾具的制造流程、提高制造效率、降低成本等方面的經驗。對3D打印技術充滿期待的業內人士，不可錯過。

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