在过去几十年中，增材制造技术的显著发展改变了产品设计、开发、制造、加工和分销的潜在方式。汽车行业在实验3D打印方面一直非常积极，这些进步在多个方面打开了新的大门。本文概述了当前的发展，并阐明了3D打印如何重塑汽车领域。
3D打印在哪些领域具有显著优势
从传统生产工艺向3D打印技术的转变，已经使各行业的公司在部件和产品的技术和商业方面实现了革命性的提升。然而，在汽车领域，增材制造将对两个主要方面产生最为深远的影响。
产品创新
增材制造能够生产出传统制造工艺难以制造的部件，并且设计限制更少。这种设计灵活性为创新提供了可能性，可以添加改进功能，如通过中空结构实现集成电气布线，通过晶格结构实现重量减轻，以及传统工艺无法实现的复杂几何形状。此外，新的增材制造技术越来越多地能够生产出具有独特性能（如电导率和可变强度）的多材料打印部件。这些增材制造工艺在创造更安全、更轻便、更快速和更高效的未来车辆方面起到了重要作用。EDAG的Light Cocoon是增材制造在潜在的创新方面开启新大门的一个经典例子。
供应链
增材制造通过消除新工具的需求，直接生产最终部件，有效缩短整体交货时间。此外，由于增材制造通常只使用生产部件所需的材料，因此可以显著减少废料并降低材料使用量。而且增材制造生产的轻量化组件可以降低处理成本，而按需和现场生产则有助于降低库存成本，提供灵活的供应链解决方案。最后，增材制造支持低至中等产量的分散生产，可实现成本降低，并提升在接近客户地点生产产品的能力，从而减少供应链复杂性。
增材制造可以应用的产品阶段
增材制造凭借其独特的优势，能够取代传统汽车生产中的几个工艺。以下是增材制造可以为汽车行业带来的四个重要变革。
原型制作过程
在原型制作过程中，通常需要耗费大量时间和资金，特别是随着产品迭代次数的增加。快速原型制作（3D打印）使公司能够迅速将初步构想转化为令人信服的概念验证。这些概念随后可以进一步发展成高度精确的原型，与最终产品极为接近，最终引导产品通过一系列迭代和验证阶段，迈向大规模生产。在汽车行业中，快速验证至关重要。借助3D打印技术，可以在几天内制作出高度逼真和代表性的原型，成本大幅降低，缩短了从概念到最终产品的时间，强化了整体产品开发工作流程。
维修和支持（备件）
借助计算机辅助设计（CAD），几乎所有部件的设计都可以作为数字副本存储在计算机硬盘上，无需维护库存。通过使用3D打印技术，可以按需生产备件。这种技术的可及性将鼓励供应商开发新的服务领域，以便提供便捷的3D打印组件和备件供应。甚至可以根据数字扫描进行逆向工程，重新制造已不再生产的部件。这一技术还可以为老旧设计注入新的生命，同时轻松复制经典车型的备件。
定制化
定制化生产在传统制造工艺中成本高且耗时长。而3D打印则非常适合生产低成本的定制部件，为制造商带来了全新的生产能力和为客户提供产品的可能性。对于小型定制汽车店铺来说，使用3D打印汽车部件不仅推动了工作质量和创意的提升，还为实验和完善定制设计提供了广阔的空间。
连续生产（各种部件的装配）
3D打印可以提升一般部件制造阶段的效率。例如，原本可能需要组装五六个汽车部件，现在可以通过一个单一的打印部件完成。即使单个零部件可能更昂贵，但这样节省了装配时间和成本。通过合并零部件，3D打印还能帮助减轻重量并提高燃油效率。从生产效率的角度来看，进一步将3D打印技术应用于一般部件制造是非常合理的。
哪些技术和材料是合适的
从塑料装饰件到金属发动机部件，增材制造已经证明了其价值，并在技术流程和可用材料方面还有更多潜力可以挖掘。下表简要概述了一些流行的选项。
| 应用 | 工艺 | 材料 | 特点 | 案例 |
| 内饰和座椅 | SLA, SLS, MJF | 聚合物 | 定制化的装饰组件 | 仪表板，座椅框架 |
| 轮胎、轮毂、悬架 | SLS, MJF, DMLS | 铝合金，聚合物 | 坚固耐用的部件 | 悬挂弹簧，轮毂盖 |
| 电子设备 | SLS, MJF | 聚合物 | 精密部件 | 传感器，单一部件控制面板 |
| 排气和排放 | DMLS | 铝合金，聚合物 | 空心金属零件 | 冷却通风口 |
| 引擎罩内 | SLS, MJF | 尼龙 | 耐热功能部件 | 电池盖 |
| 灯光 | SLA, MJF | 树脂 | 完全透明，高细节 | 车头灯，车头灯原型 |
| 风道 | SLS, MJF | 尼龙 | 柔性导管 | 暖通空调（HVAC）导管 |
| 原型 | SLA | 聚合物 | 高清晰度，清晰细节 | 最终高清晰度原型 |
| 功能性安装支架 | SLS, SLM, MJF | 尼龙聚酰胺 12，钛 | 轻量化，高强度 | 发电机支架 |
| 复杂发动机部件 | DMLS | 铝合金 | 合并的、轻量化的、功能性金属部件 | 叉杆式悬架 |
行业应用实例
许多汽车原始设备制造商已经开始使用增材制造，认识到其能力和效率，以下是两个应用实例。
米其林公司推出的3D打印Uptis轮胎
法国轮胎制造商米其林在2019年推出了其首款增材制造技术支持的原型轮胎，名字为Uptis（独特的防刺穿轮胎系统），这些轮胎设计为无需充气，以减少由于刺穿或路面障碍物导致的漏气和其他失效风险。这种设计之所以可能，完全归功于增材制造技术。如果成功，预计到2024年，Uptis将装配在一些汽车上。此外，这些防刺穿轮胎还可以减少废弃物，促进可持续交通（公司未来交通愿景的目标之一）。
保时捷及首批3D打印引擎活塞
汽车巨头保时捷首次使用3D打印技术制造引擎活塞。这些增材制造的部件专为保时捷911 GT2的高性能引擎设计。通过3D打印技术，活塞得以进行优化，使得这一关键的引擎元件比传统制造的活塞轻了10%。保时捷采用了专用的铝合金来制造活塞，从而获得最适合这一特定应用的性能。
结语
考虑到增材制造所开启的广泛能力范围，汽车公司的领导者应考虑利用增材制造技术保持竞争优势。尽管传统制造技术根深蒂固，并将继续在汽车行业占据重要地位，但增材制造正在逐步进入这一领域。
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