3D打印技術(shù)引領汽車設計的新時代

根據(jù)哈佛的一項研究顯示，美國人平均每天有101分鐘用于開車。如用一生的時間來衡量，則有37935個小時用于開車，這一結(jié)果著實驚人。但令人沮喪的是，大多數(shù)美國人花費的燃油費可能趕上汽車本身的費用。

全自動駕駛汽車的出現(xiàn)勢必影響統(tǒng)計數(shù)據(jù)的結(jié)果。想象全自動駕駛汽車增加的額外4.3年的生產(chǎn)力，您將重新?lián)碛猩兴械拿篮脮r光。您還可以騰出額外的一、兩個星期用來度假。

除了經(jīng)濟和現(xiàn)實方面的考慮，全自動駕駛汽車的新時代正引領我們向前邁進。隨著3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，我們的步伐又向前邁開了一大步，其帶來的定制無疑是行業(yè)的又一大驚喜。

人們總是喜歡個性化的事物。我們不遺余力地展示我們獨特的風格、品味和購買力。我們雇傭建筑師按我們心儀的方式設計房子。我們在工作中裝飾著屬于我們的小隔間。我們在線定制運動鞋。在我們的一生中，我們花費上千小時在我們的戰(zhàn)車上，難道不應該有所為？難道我們的戰(zhàn)車不值得來一場個性化的定制？難道我們不應該走進汽車專賣店，尋一位中意的設計師，聊聊我們對汽車的期待，并看著他將這些預期點投入電腦設計（CAD）程序中，隨后，一個巨大的3D打印機在現(xiàn)場便可以制造出我們想要的東西？

圖1：未來的汽車是否可以定制？一些設計師對此堅信不疑

3 D打印店和設計師相信，我們可以在某一時刻實現(xiàn)汽車的定制。實際上，洛克汽車公司（Local Motors），即貿(mào)澤電子公司（Mouser） “自動核心挑戰(zhàn)”（Essenceof Autonomy Challenge）項目的合作伙伴，已經(jīng)在3D汽車打印方面推動創(chuàng)新，直面挑戰(zhàn)，并還將進一步發(fā)展自動化。這是個不小的努力。通常，一輛現(xiàn)代化的汽車有約2萬個獨立的部件，經(jīng)精心組裝而成，每個部件都對應一項功能（另外還有一些人負責監(jiān)督和維修）。

不同的汽車部件由不同的材料制成，且形狀各異，厚度不等，更不用說復雜程度的差異。還有電腦和電子系統(tǒng)、引擎，電池等。所以，不可能簡單地按下按鈕就能把汽車打印出來。事實上，傳統(tǒng)的裝配線可以一次制造一百輛汽車，而即使是當今最先進的3D打印機，短期內(nèi)也只能打印一輛汽車。所以說，3D汽車打印是個偉大的夢。

有很多專家聲稱，在未來的100年里，由于缺乏現(xiàn)有的基礎設施、設計要求及聯(lián)邦安全法規(guī)，大規(guī)模地實現(xiàn)汽車個性化設計幾乎是不可能的，但也有許多看似具有挑戰(zhàn)性的假設。阿爾德•萊利從事汽車行業(yè)將近10年，他說：“如果只是預期一輛普通的機械汽車，那所有的東西都可以在2016年打印出來。但如果預期具有空調(diào)、電動窗等現(xiàn)代設施的汽車，且特斯拉CEO伊隆•馬斯克可以從他的山景辦公室操控你的汽車，這將到2025年才可能實現(xiàn)。”

值得關(guān)注的是，汽車行業(yè)的價值可達9萬億美元，且汽車界已歷經(jīng)多次改革。消費者是決定行業(yè)興衰起落的關(guān)鍵。而消費者需要定制。

“亨利•福特在汽車行業(yè)剛起步時曾失去了市場份額，因為他不認為有必要進行定制。”紐約某公司發(fā)明家、設計師及工程師馬爾科•佩里說：“人們只喜歡黑色。但最終，通用公司向福特證明，用戶是有顏色需求的。”

圖2：自福特T型車時代以來，汽車設計和用戶選擇已經(jīng)走了很長一段路——不僅僅是顏色的選擇。

盡管如此，佩里承認，太多的選擇或開放式的選擇只會讓人感到困惑，而且不可能像汽車制造那樣為了服務小眾而進行大規(guī)模的定制。這是因為人們不需要生產(chǎn)大量的庫存來降低生產(chǎn)成本。

3D打印制造商約翰•卡瓦拉對此深表贊同。“這是規(guī)模問題，”他說：“你仍然需要一個非常大的3D打印機來打印保險杠”。然而，隨著指數(shù)率技術(shù)的發(fā)展，這種預測并非匪夷所思，甚至發(fā)展速度超過了人們的預期。

例如，我們可以從汽車車身開始制作，然后再不斷添加。理論上，制造商可以開發(fā)一種可控制的CAD系統(tǒng)，用戶可以在其中添加汽車的底盤，但不能從中減去。該軟件甚至可以進行虛擬風洞性能測試，以確定增加車身將如何影響性能，并自動確保閥帽、門、氣罐門、窗等仍能可用，以及擋風玻璃雨刷、側(cè)視鏡、天窗等也能考慮在內(nèi)。

其他專家認為，在特定的安全指導方針下，減少生產(chǎn)可能更有意義，因為在重量較輕的3D打印材料中，汽車從5000磅縮減至1500磅會產(chǎn)生一些重要的安全問題，且這些問題尚未得到全面解決。卡瓦拉說：“汽車行業(yè)受到安全監(jiān)管。如果給予消費者改變汽車設計的能力，就需要承擔相應的風險。”

材料是3D打印給汽車設計和生產(chǎn)帶來改變的另一個方面。航天工業(yè)，就像汽車工業(yè)需要長期可靠的部件一樣，已經(jīng)開始發(fā)生改變?？ㄍ呃赋?，由于航空航天業(yè)的單位產(chǎn)量較低，許多公司已經(jīng)在3D打印機上進行創(chuàng)新。“航空航天業(yè)非常重視3D打印的優(yōu)勢，尤其是在設計重量較輕的產(chǎn)品時。”他指出，航空公司每年只生產(chǎn)幾十架新飛機，而汽車業(yè)則需要生產(chǎn)數(shù)十萬輛汽車。

“在過去的一兩年里，人們的主要焦點集中于新材料和汽車打印的工藝流程。大家都意識到，今天的許多材料都可以得到優(yōu)化且發(fā)揮更多作用。”另一位從事增材制造和工程設計服務的顧問亞當•克拉克說。

“從功能的角度來看，材料只會是金屬和碳纖維。但人人皆知，總有一天，有人會把汽車車身從面糊中打印出來。”萊利說。他還指出，由于重量和強度的優(yōu)勢，鋁合金框架可能會變得更加普遍。現(xiàn)在，很少有汽車模型是鋁材質(zhì)的，因為其在目前的技術(shù)中很難使用。與此同時，克拉克指出，幾大OEM廠商已經(jīng)表明，他們希望在兩到三年的時間內(nèi)定期使用3D打印部件，不過他也承認，無論制造商是否樂意放棄一般買家用戶的設計，都是另一回事。他說：“我能看到的是制造商批準的設計方案。”

盡管有些人可能覺得，以上所述限制了3D打印個性化定制的創(chuàng)造力，但這并非壞事。畢竟，正如許多設計專家所述，很少有客戶真正了解他們到底想要什么，許多人也不會為自己設計安全和功能性的東西。“設計工作應該留給設計師”。

佩里說：“盡管技術(shù)成熟，人們最終也不會期待更多的選擇，他們只是想要自己的選擇。”

生產(chǎn)一代當然很早就接觸了3D技術(shù)，但這并不意味著對道路安全及汽車質(zhì)量的預期已根深蒂固。“未來，許多設計規(guī)則將被打破，但我相信，分析工具將會非常強大，足以自動建立一個結(jié)構(gòu)來承受適用條件。”克拉克說。他指出，設計的整體形狀和“感覺”將符合人們的預期。不過有一點，一旦機器足夠先進，而且一旦具有制造指南，汽車制造商就可以通過對軟件進行調(diào)整，在同一臺機器上打印出一輛跑車和一輛小型貨車。況且當下的汽車軟件市場，定制附件已經(jīng)具有巨大的市場。隨著3D打印的改進，您將更有效地完成數(shù)千個“定制”部件。

那么，汽車維修將變得更便宜嗎？如果全自動駕駛汽車真如所宣揚的那樣，我們當然不需要太多的汽車修理，但這個問題的答案卻是“可能是”。即使是今天，我們也可以找汽車推銷商更換車頭燈，且發(fā)現(xiàn)整個車體都可以在現(xiàn)場進行3D打印，因此減少了在倉庫存放零部件的空間，因為3D打印可以消除庫存購買及存儲空間成本。售后市場零部件供應商將能夠按需生產(chǎn)零部件。傳統(tǒng)的汽車制造商也逐漸意識到3D打印的優(yōu)勢，其最初是為了取代那些由制造昂貴且資源匱乏的金屬材料所制作的工具。

那么，車輛采購的未來又將如何？我們是否可以簡單地將虛擬現(xiàn)實頭盔和滑動部分拖放到一個自定義的框架上，直到我們對最終結(jié)果感到滿意為止？這是非?？赡艿摹Ｋ€將使汽車按需生產(chǎn)，而不是成千上萬地生產(chǎn)后再等待出售。事實上，這正是特斯拉所做的事情。在開始制造工藝之前，先讓客戶預付定金。這樣將更可持續(xù)、更環(huán)保且更節(jié)約成本。

汽車業(yè)也可能從制造假肢的公司中獲得靈感，這些公司的產(chǎn)品大部分通過3D打印制造。當然，雖然潛在的機制都是標準化的，但許多公司正試圖向客戶供應個性化的假肢體驗。萊利說：“富人總會找到花錢的辦法，所以我敢肯定這將是件好事。”