3D打印在全球汽车领域的优势技术应用和发展前景——3D科学谷王晓燕在3D打印在汽车行业应用技术研讨会上的演讲

来源: | 发布时间:2020-11-25 06:44

早上好,在座的各位嘉宾,远道而来的汽车行业的同行,我今天介绍的主要是3D打印在汽车行业的一个市场情况,以及一些典型的应用,还有它的发展趋势。我希望能给大家带来的是我们其实不仅仅去看3D打印,而是能跳出3D打印,看到3D打印之后站在3D打印背后的创新的力量,以及3D打印它带来的对整个产业的重组,包括对供应链,包括平时对产品的看待思路,各方面是一个颠覆性的技术。3D打印到现在来说,它的潜能是非常大的。

首先看一下3D打印和传统制造有什么区别呢?传统方式是一个减材的方式,包括去除材料(需要道具和夹具),批量生产是需要模具的。 3D打印是采取了相反的方式,是增加材料,它不需要刀具和夹具,以及非常适合快速生产。了解3D打印,我们应该剥开所有的表面现象去看所有的3D打印有一个相通性,它的特殊性在哪里?首先它有一个非常大的特殊性,是它对复杂性的产品,它的边际成本是为零的,我们知道当我们用传统方式,这个产品越复杂,你生产一个矿泉水瓶子的成本和你生产一个汽车的发动机的成本绝对是不一样的,因为发动非常复杂,越复杂的产品你的成本会越高,所以它是一个曲线的形式。但3D打印,它跟产品的复杂性是没有关系的,是一条横线的方式。它是有一个平衡点,当过了之后,当这个产品越复杂,3D打印越具有优势。

它还有一个优势是用于特殊设计,这个也就是为什么3D打印会对整个民族的创新能力带来这么大的重要性,我们看到包括美国的奥巴马做了一个“美国制造”的组织。我们再谈回来,这个组织鼓励的是什么,我们认为鼓励的是跳出这个行业之外的创新力,是跟3D打印非常相干的,可以用于特殊的设计,传统的方式未必能实现得了,但3D打印可以带来新的思路和视角。

前两天3D科学谷发了一个文章,他认为大家太关注一层一层的3D打印了,而忽略了3D打印在另一方面的颠覆力,即它的集成功能,我们也叫复合打印。这个三明治壁可以达到更轻更好的热交换,还有优化过的流体的槽性,设计可以把流体的控制阀门,以及一些紧固件,集成到你的打印过程中,这个案例是德国做的。

另外一个案例,在仿生力学方面也有非常大的空间,这个竹子风是吹不断的,用在工程学的设计上通过3D打印带来了非常大的空间。还有一个是蝴蝶的翅膀,蝴蝶的翅膀对光的折射是非常科学的,因为生物已经进化到这样一个程度了,他参考了蝴蝶翅膀的设计做了耳机里的小零件,这个零件可以把你听的音乐不好听的杂音像蝴蝶的翅膀折射光一样直接过滤掉,这个方式这样的产品也只有通过3D打印才可以完成。

我本身因为对传统的机加工还是蛮有感情的,3D打印和机加工能实现的自由度在哪里,传统的壁一定要有一定的厚度,如果没有的话会引起震颤,那这个精度就没有了,3D打印是不受这个局限的,可以打印非常薄的壁,尤其是用于散热的装置。另外一块,传统的加工方式要走刀,所以内角是圆角,但3D打印没有这样的局限,可以是非常尖的角。传统的加工方式,悬应短一点,3D打印也不需要在这方面做妥协。所以它其实带来了对整个产品从设计方面的颠覆性的作用,这样的作用我觉得我们中国人不想沦为配角的话,真的不应该忽视。

还有是它的灵活性,原来实现不了的东西,现在可以实现了,原来能实现了的东西还可以进一步的优化它,怎么优化它呢?包括像我们看到的这样一个叶片,中间可以用网状的结构,它的支撑力是足够的,有可能强度更高一点,但重量又更轻了,用于汽车、飞机,带来了一

个很有效的节能效果。以及工程再设计,这一块我们看到国外用的非常多,抛开3D打印设备不谈,在设计方面,尤其是严老师说了同济大学要开设3D打印的专业,这是非常重要的一个事情,对这个设计怎么能突破原来思维的框架,能诞生一些很好的东西这个是3D打印非常重要的一个领域。

我之前去美国一个大学给他们的MBA学生介绍过,像这样一个零件原来是20多个,就需要你的上游供应商,保证所有的零件都能到,还要有工人去组装,或者有自动化生产线去组装它,但3D打印把所有这些零件全部集成在一起,一次性就可以完成了,那它带来的颠覆作用可能是下游就把上游直接代替了,就吃掉了上游,我们的供应链就不需要那么长了。

介绍了这么多3D打印,它有什么样的优势呢?3D打印在汽车领域将要走过的路是什么样的。看到很多人说,这个在汽车已经用了十几年了,不是什么新的东西,的确是,这个是之前的应用,伴随着这个分布式思想的产生,会诞生一些先进的商业企业,这个在汽车领域后面会再介绍一下。同时在这个先进的成型方面会有一些赛车性能的应用出现,同时3D打印会朝向快速制造的方向发展。

3D打印在汽车行业的市场情况,根据报告显示,3D打印汽车行业在2014年总市场金额为3.7亿美金,到2023年有望达到23.7亿美金。我们可以看到世界范围内,用快速成形,用到最大一个行业31.7%是汽车行业,我们在中国也是围绕学校、研发实力有一定的规模性的集群已经出现了。目前,安徽、北京、湖北也已经有一些比较有代表性的企业。

谈到3D打印,我们不得不重视金属打印,尤其是汽车这一块的应用,前不久也看了清华大学严教授的采访,他也认为3D打印在工业这一块的应用会很大,工业这一块的应用在金属的领域是非常值得去关注的,3D科学谷这边整理了一个表格,我在这里不详细介绍了。横坐标是按照技术分类,我们是剥开打印机看你加装的原理是什么,整理了一下,欧洲在做很多的标准化,以后这个行业很多的名称会更加的整齐一致。纵坐标是按照国家来分的,我们很容易看到每个国家都有它的特点,比较分散的是美国,这个也是它先天性的优势。也希望我们国家能看到这一块,能在技术的多样化这一块多加以支持。

汽车行业其实跟欧系这一块的相关性是非常大的,所以我们着重看一下国外主流的几个品牌。品牌最强势的是德国。3D金属打印材料,这个也是很重要的,如果大家有兴趣的话,可以分别到各自的公司去研究一下。我的第一个工作是sandvik,它在金属材料市场目前份额是最大的,osprey是sandvik收购的公司,他们现在还专门建了一个非常大的研发基地,用于研发3D打印用的金属粉末。因为sandvik有其它的业务公司,包括刀具部他们生产用于机床上的切削刀具,这个切削刀具已经受到3D打印的影响,所以需要在另一端来平衡整个集团的发展。

下面这几个公司是做整机打印机的公司,同时也做金属粉,这应该也是一大趋势,很多打印机的公司更了解自己的设备,在这个基础上去开发一些相关性的材料。看3D打印一定不要盯着它的技术,而是跳出去看,我大概介绍一下这个打印平台。打印平台在荷兰、法国、比利时、美国都有平台,我们想一下为什么像这样的平台首先是在欧洲诞生的,欧洲是不是有非常多这样的设计能力,它的设计能力是最强的,所以这个也是应运而生的商业模式,中国这边没有做的特别好的,主流的我们认为三帝网是一个。我们这边介绍一下案例,在美国它的教育有社会的商业集团提供的教育和培训,和大学里的教育形成了一个很好的良性的互补,包括autodesk收购了一个公司,提供小学一年级到高中课程,在课堂上可以直接调用他的教材,是一个商业化的运营模式。同时还有像UL的公司是针对课堂之外的,提供理论培训、操作培训、定制化的培训,这个对大学的教育都起到了一个很好的支持作用。UL现在已经成为“美国制造”的核心成员了,“美国制造”也是在整个的会员体系里不断的搜集不同的会员,你有什么意见,他们定期开会,“美国制造”就是不断的听,听他们的会员单位有什么要求,他们再去反馈,再去更新。

下面我给大家介绍一下,3D打印在这些主流的汽车厂的应用情况。应用最早的行业其实是福特汽车,他在全世界范围内已经设置了它的实验室,以及五大3D打印原型制造中心,谈到这个最古老的应用,3D打印在原型和设计验证这一块,可以看到像捷豹路虎做的仪表盘的通风口是通过3D打印的方式来去验证叶片上的铰链是不是能工作正常,各方面各个零部件的配合是不是OK的,兰博基尼也是大量的使用FDM的技术作为变速箱的原形。功能性的部件,像福特汽车打印的进汽管是放到赛车上用的。同时它还可以做一些很有意思的事情,包括辅助研发以及定制性的工装,因为这些东西太特殊了,只有一件或者两件,用传统的方式开模做的话,这个成本是非常昂贵的。像克莱斯勒用塑料部件方便他们观察这里面发生了什么,如果传统的是一个铁的就看不到了。沃尔沃用3D打印,打印他们的生产工装。内饰这一块,标致最近采取了用3D打印,用于他的车身内部,不单是一个功能性的部件,它还起到了一个装饰性的作用。澳洲推出的太阳能跑车,也是和3D打印做复合打印的,用3D打印打了一个跑车,性能也是非常好的。

这个趋势,一方面3D打印在整个行业是缺乏标准化的,所以欧洲和美国现在联合起来,制定了非常清晰的路线图,把所有的东西都希望能规范、标准化起来,通过ISO和ISTAM这两个组织。另外我们所谈到的3D打印成本高,这个不是永远的事情,可能明年再回来看就已经发生了很多的变化,他的这个点是会下滑的,相交点会逐渐的下滑,以使得这个技术更加的具有成本优势。

另外一大趋势,就是之前提到的复合材料的打印,包括有几大块,改性添加剂、多种材料、导电和绝缘材料、不透明和透明材料的打印、力学性能的连续变化,我们其实蛮有危机感的,国外在专利方面做的非常好,一旦做了任何的事情,他可能彩色打印,就赶紧去申请一个专利,这样的话中国的企业再进去的话有点吃亏了,因为尤其是新的领域他一旦站住脚了,就希望能霸占住。

另外一大趋势是材料技术,包括之前讲到会有大量的新的材料涌现出来,后面材料所的老师会详细的介绍,我也不在这讲太多。

还有一个趋势,我们每个人需要为这种颠覆做准备,一方面的颠覆是产品的进化,它就像人的演化是一样的道理,包括它的定制化、功能性、市场的相应,复杂的边际成本为零都是重要的考量因素,以及它的商业模式的进化,大规模的定制化,我们以前是大规模的标准化,大规模的定制化和大规模的标准化这个差别是非常大的。还有是供应链去中介,用户授权,用户就会变得非常有力量了。另外是供应链的进化、就近生产、快速发展、需求和变化可管理、高度灵活、减少库存。

3D打印就像是一个潘多拉的魔法盒子,不知道明天会发生什么,但总体是有规律可寻的,朝着智能制造的方式发展,这些全部是它需要完善的地方,但所有完善的方向,其实这个技术以后会变的更加的智能化,为我们服务。我介绍给大家的就这么多,如果作为补充阅读的话,大家可以关注3D科学谷的微信,还有盖世汽车的微信,应该都是可以下载到我们的3D打印在汽车行业的白皮书,这个是免费的。谢谢。

嘉宾简介:

王晓燕 3D 科学谷 行业分析师

简介:先后在制造业一线外企工作过10多年,包括瑞典山特维克负责亚太区市场部的市场活动、竞争对手监测、销售预测、对外沟通等;美国雪佛龙

石油负责新产品投放计划、代理商渠道管理、产品生命周期分析、销售政策制定与跟踪等;德马吉机床负责中国区市场政策制定、市场预算分配及活动

推进、营销战略制定等,目前任3D科学谷行业分析师,在国内外的3D打印行业有很好的人脉和研究渠道。



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