電影《Back to the Future》中，2015年的汽車可以在空中行駛。現(xiàn)如今已經(jīng)到了2016年，汽車卻仍然只能在陸地上行駛。這部制作于1985年的電影充滿創(chuàng)意，應(yīng)用了眾多現(xiàn)實(shí)中找不到的材料。

    NanoSteel公司的董事長(zhǎng)兼CEO，Dave Paratore說：“現(xiàn)在汽車上應(yīng)用的半數(shù)以上的鋼材是新開發(fā)的材料，15-20年前還沒被研究出來。”新型高強(qiáng)度的的鋼材，復(fù)合材料和粘結(jié)劑使得汽車的重量更輕，強(qiáng)度更好。在汽車生產(chǎn)領(lǐng)域，創(chuàng)新必須永不止步。如今，3D打印技術(shù)逐漸應(yīng)用于汽車制造業(yè)，力圖制造出更輕，更好的產(chǎn)品。

    2014年，Local Motors公司利用3D打印技術(shù)，制造出了第一輛汽車—Strati，其整個(gè)車身是由ABS塑料和碳纖維混合材料制成?，F(xiàn)在，該公司已經(jīng)擁有三臺(tái)3D汽車模型，以及一臺(tái)全自動(dòng)電動(dòng)汽車—Olii。另外，2016年10月，Honda公司在日本高新技術(shù)博覽會(huì)發(fā)布了一款新型微通勤車。該車只設(shè)有一個(gè)座位，車程50英里，車身和控制面板的主要部分均由3D打印而成。3D打印汽車并不是意味著所有部件均由打印而成，打印的主體是裝飾和使用終端。SmarTech公司表明，3D打印技術(shù)可以在建立模型方面提高效率。比如Ford公司，從20年前開始使用3D打印技術(shù)制備模型，大大減少了設(shè)計(jì)時(shí)間。近日，F(xiàn)ord投資了新型3D技術(shù)，試圖將其產(chǎn)業(yè)化。

    這些舉措無疑將提高該技術(shù)在市場(chǎng)中的價(jià)值。SmarTech出版社在一份報(bào)告宣稱，到今年年底，3D打印汽車的市值將會(huì)達(dá)到6億美元，到2021年，會(huì)增至23億美元。然而有很多反對(duì)者聲稱，3D打印汽車不過是一場(chǎng)炒作。他們所指的問題是速度問題。誠(chéng)然，3D打印的汽車速度并不高。不過，F(xiàn)ord公司也開始對(duì)之前發(fā)布的型號(hào)—由連續(xù)液相界面（CLIP）碳材料3D打印的汽車—進(jìn)行測(cè)試。CLIP過程類似于數(shù)字光投影（DLP），但是DLP容器只讓光通過其中。相比之下，用于盛放3D打印的碳材料的容器，不但允許光通過，還要有氧氣通過（就像一個(gè)隱形眼鏡）。這一舉措能夠降低凝固時(shí)間，使工作效率提高25-100倍。

    在制作模型方面，3D打印技術(shù)能夠超過現(xiàn)有技術(shù)嗎？Synergeering 的客戶經(jīng)理Lindsay Lewis說：“將3D打印技術(shù)應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)是一個(gè)非常大的挑戰(zhàn)。我認(rèn)為可以將其用于一些貴重物品的低批量生產(chǎn)上，如高端車輛或者軍用車輛。另外，汽車再制造也將成為一種趨勢(shì)。生產(chǎn)商想要清理庫存，就會(huì)將一些15-20年前的車子進(jìn)行再制造。” 他還說：“總體而言，你必須權(quán)衡其中的價(jià)值，并且想好要利用3D打印做哪些零件，做模具成本有多少？要記住，成本和速度是底線。

    向3D打印出發(fā)

    從這個(gè)底線來看，3D打印技術(shù)并不是對(duì)所有零件都適用。但是，零件不是將3D打印技術(shù)用于汽車產(chǎn)業(yè)的唯一途徑。Stratasys直接制造業(yè)務(wù)總監(jiān)Ron Clemons說：”越來越多的公司開始使用這一技術(shù)打印夾具和固定裝置。不但可以降低成本，還能生產(chǎn)出更多符合人體工程學(xué)的工具。另外，從投產(chǎn)到結(jié)束，時(shí)間上節(jié)省了40-90%，成本上節(jié)省了60%。3D打印技術(shù)節(jié)約了設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的時(shí)間，培養(yǎng)了其創(chuàng)造一次性自定義組件的能力。“

    重量輕，符合人體工程學(xué)的工具，其重復(fù)利用率會(huì)大大增加。在一定程度上解決了日益嚴(yán)苛的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。平均燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)（CAFE）產(chǎn)生的罰款正逐年增加，對(duì)于安全性的要求也更加嚴(yán)格。20年前，抵抗翻車粉碎的車頂強(qiáng)度約為車輛自身的重量，現(xiàn)如今為車身重量的4倍。使材料強(qiáng)度增加，重量減輕，可能會(huì)用到”地形優(yōu)化“（TO），這一方法可以通過CAD軟件包實(shí)現(xiàn)。TO用于普通的制造業(yè)幾乎不可能實(shí)現(xiàn)，但3D打印技術(shù)能夠處理復(fù)雜的幾何形狀，控制輕質(zhì)材料的小分子物質(zhì)，因此大有優(yōu)勢(shì)。

    3D打印帶來的優(yōu)勢(shì)除了TO，還有可將多個(gè)裝配件合并成一個(gè)部分。這一特點(diǎn)可以大大減少裝配時(shí)間，提高產(chǎn)品質(zhì)量。在汽車內(nèi)飾的制造上，3D打印更是大顯身手，利用激光燒結(jié)技術(shù)，可以迅速無縫地打印大型或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜的內(nèi)部零件。選擇不同的材料也同樣會(huì)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)感產(chǎn)生很大的影響。現(xiàn)如今，3D打印技術(shù)在汽車制造業(yè)上用途越來越廣，然而早期的時(shí)候，人們只用它生產(chǎn)一些小而復(fù)雜的零件。Ford Focus電動(dòng)車門上的墊圈就是由碳3D打印制造，不但節(jié)省了三分之二的時(shí)間，也使得材料性能更加理想化。

    向金屬出發(fā)

    除了碳的CLIP 3D打印技術(shù)，還有許多種類型的3D打印 。盡管最受關(guān)注的是塑料3D打印，但也有一些商家開始將目光放在金屬上。已退休的ExOne CEO ，David Burns說：全球科技產(chǎn)品的制造市值高達(dá)900億美元，其中有不到10億美元來源于金屬3D打印機(jī)。5年內(nèi)，這一數(shù)值將會(huì)變?yōu)?00億美元。但問題是，什么公司會(huì)提供技術(shù)，打開受眾范圍？

    人們對(duì)金屬3D打印的需求逐年增加。在今年的9月的國(guó)際制造技術(shù)展覽會(huì)上，Oakridge國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）展示了多個(gè)3D打印的完全尺寸汽車。ORNL的制造系統(tǒng)研究組長(zhǎng)Lonnie Love說：明年的機(jī)械工程博覽會(huì)上，我們會(huì)現(xiàn)場(chǎng)打印一個(gè)挖掘機(jī)?，F(xiàn)階段，3D打印大型金屬零件也許不合適也不經(jīng)濟(jì)。但是，隨著對(duì)其研究的增加，3D打印的汽車進(jìn)入千家萬戶也許只是時(shí)間問題。

    在一些較新的工藝中，液體金屬打印已經(jīng)變得可行。一對(duì)父子受Gauss槍（一種磁流體打印噴頭）啟發(fā)發(fā)明了Vader系統(tǒng)，它不但可以控制液體的滴落位置，還可以控制液滴的大小。Scott Vader聲稱，他們可以以每小時(shí)1磅的速度打印鋁制品，而且成本很低。未來幾年，他們還將進(jìn)一步致力于解決速度問題，或許可以與傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的速度相比擬。另外，他們還將改進(jìn)打印機(jī)噴頭的耐熱性，以打印一些高溫金屬。

    目前，埋粉和電子束印刷是金屬打印工業(yè)的主要方式。Sciaky公司使用的是送絲電子束技術(shù)，類似于真空焊接。焊接方法能夠防止腐蝕和成渣，增強(qiáng)零件的密度和強(qiáng)度。而且真空印刷比惰性氣氛印刷更加便宜。

    眾多專家表示，在未來的5年內(nèi)，3D打印的汽車零件將越來越多，因此新出臺(tái)的美國(guó)測(cè)試和材料學(xué)會(huì)（ASTM）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)倍受歡迎。10月初，全球標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展組織聲稱，定向能量沉積—這種重要的金屬生產(chǎn)方式，在ASTM中也有了標(biāo)準(zhǔn)。

    還是材料問題

    Dunham說：”在汽車工業(yè)的潮流中，打印鋁合金成為了一大趨勢(shì)。然而這項(xiàng)技術(shù)還不成熟，發(fā)展前景充滿挑戰(zhàn)。

    碳纖維和玻璃纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料能夠提高普通3D打印塑料的強(qiáng)度，使得它們?cè)谑袌?chǎng)中更有吸引力。但同時(shí)也帶來更多的挑戰(zhàn)。Dunham說：“汽車工業(yè)并不只是使用一堆復(fù)合材料，而是為汽車生產(chǎn)尋求高容量的復(fù)合溶液。這里的高容量并不是指已經(jīng)研究透的添加劑，而是可以發(fā)揮優(yōu)良作用的東西，比如某種材料能提高整體的熱塑擠壓性能。復(fù)合溶液是推動(dòng)3D打印汽車行業(yè)發(fā)展的功臣。

    據(jù)SmarTech報(bào)道，到2021年，汽車制造業(yè)中3D打印材料的費(fèi)用將達(dá)到5億3千萬美元。一個(gè)重要的原因是復(fù)合材料的興起。汽車材料面臨的一個(gè)重要的挑戰(zhàn)是，性能會(huì)隨環(huán)境而改變。汽車會(huì)面臨很多環(huán)境變化。大部分塑料不能承受高溫，而且這一缺點(diǎn)不僅局限于發(fā)動(dòng)機(jī)倉。晴朗的天氣里，車內(nèi)溫度會(huì)達(dá)到100華氏度。這個(gè)溫度會(huì)導(dǎo)致一些聚合物斷鏈，分解。

    雖然復(fù)合材料和高強(qiáng)聚合物會(huì)增加材料的耐熱度，但材料的制備過程將耗費(fèi)更多地能量。另外，混合物和復(fù)合材料會(huì)給整合和回收帶來更大的難度。所以，總體來看，3D打印在汽車工業(yè)中會(huì)繼續(xù)發(fā)展，但生產(chǎn)能夠飛行的汽車難度頗大，目前也沒有計(jì)劃。然而，生活在2062年的卡通人物—Jetsons已經(jīng)擁有了這樣一輛飛行汽車。所以，工程師們也許還有時(shí)間研究它。