3D 打印离汽车制造还有多远？工艺变革必须与设计变革结合起来，才有可能创造价值。

文： 知乎 | 张抗抗，清华大学汽车工程系本科、博士，南极熊3D打印智库成员。

在媒体的推波助澜下，3D 打印以高科技产业的形象出现在公众面前，在 2013 年后的媒介影响力达到了顶峰。而实际上，3D 打印在本质上仍是制造技术的一种。近几年发展速度很快，但产业规模仍然不到整个制造业的一个零头。

汽车制造，在制造业中可谓是规模最大、综合要求最高。若 3D 打印有朝一日在汽车领域广泛应用，那我们就可以说 3D 打印真的站稳脚跟了。那么，3D 打印离汽车制造还有多远呢？

盘点 3D 打印的汽车应用
一、快速原型
3D 打印最早的时候，叫做快速原型(Rapid Prototyping)技术。原因在于：那时候它唯一的用途就是做快速原型，也就是设计验证、装配验证、功能验证等。

近年来，3D 打印进入汽车行业，最自然而然的方式就是快速原型。对汽车企业来说，用 3D 打印做快速原型，不一定更便宜，但一定会节省时间。对于车型研发来说，时间就是金钱。

3D 打印仪表盘壳体 图片来源: 武汉萨普

3D 打印 + 后处理 电子电器系统壳体

金属 3D 打印：可以进行功能验证

总体来说，3D 打印以快速原型的角色进入汽车行业，是相对较为深入的。但是，这些应用总体来说是替代性的，而非是革新性的。3D 打印的野心不止于此。

二、个性化定制
3D 打印可以个性化定制，为每个消费者提供独一无二的汽车。然而，这同时会增加额外的成本，消费者是否愿意为这部分成本买单呢？

宝马 Mini Cooper 的一个成功案例给出了答案：
宝马 Mini Cooper 的 3D 打印定制 https://www.zhihu.com/video/1042471362841092096

首先通过宝马 Mini Cooper 的订购系统，可以设计自己喜欢的文字、图案。

下单之后，会收到制作好的零件。不需要专门的技师，自己就可以安装。

不得不说，把自己喜欢的名字、图片刻在自己的爱车上，这种“官方改装”服务还是挺令人动心的。价格也不贵，才 149 欧元（总共 4 个部件，3D 打印是其中两个）。

相对于快速原型，宝马 Mini Cooper 使用 3D 打印创造了新的价值，更有启发性。

三、老爷车 / 事故车改装与修复
这个逻辑很通顺，停产的老爷车如果坏了，修理起来是一件麻烦的事情，这时候就需要 3D 打印。事故的拍卖车，部分零件也很难找，可能就需要 3D 打印派上用场。不同的是，事故拍卖车的修复，对成本更敏感——若修复成本比汽车残值还高，我何必修复呢？

这部分应用的资料我目前掌握得较少，以后找到了再补上。

四、直接打印汽车？
美国的 Local Motors 公司宣称，直接 3D 打印汽车。这是一个宏大的口号，然而尚未对汽车业产生实质的影响：说到底，也只是打印一个外壳而已。


据说使用了碳纤维 3D 打印，实际上是纤维增强型塑料打印，具体性能、是否能过汽车法规，是个问号。

Local Motor 3D 打印汽车

中国 XEV 也是要 3D 打印汽车，很明显在商业模式上要比 Local Motors 想得更清楚一些，而且在设计上更能发挥出 3D 打印的优势。当然，要想落实到应用，这仍然不是一件容易的事情。

详细见这篇文章 ：https://zhuanlan.zhihu.com/p/34481531

XEV 的 3D 打印汽车

突破汽车核心应用的关键点？
如果你是一名汽车工程师，在看到上述 4 方面的 3D 打印应用之后，我猜你可能已经不耐烦了。其实，我也是汽车工程师，我都不耐烦了：无论是快速原型、个性定制、修理改装、外壳打印，这不过都是边边角角、锦上添花、可有可无的应用啊！

能不能讲重点呢？
如果要突破汽车的两个核心应用，逃不过两个关键词：量产与轻量化。

第一点很好理解，如果汽车的上千个零件中，没有任何一个是 3D 打印的，那怎么好意思说 3D 打印突破了汽车行业呢？反过来，如果有任何一个不太小的零件使用了 3D 打印来制造，这一个零件的产值可能就超过了目前 3D 打印整个行业。

然而，想找到这个量产应用的点，何其困难？
3D 打印成本高，而汽车行业对成本极其敏感。 为何 3D 打印率先在飞机制造上率先使用？就在一汽车制造对成本不太敏感。
3D 打印速度慢，而汽车行业对产能要求高。 中国每年要制造 3000 万辆汽车，而空客每年才制造不到 1000 架飞机。
除非，3D 打印能创造独特的价值。

有人逐个考查过上的汽车每个零件，得到的结论是：目前车上的所有零件，3D 打印都比不过传统制造工艺。

这个结论是对的，但有一个误区。那就是，设计与工艺是密不可分的，车上所有的零件都是依据传统制造工艺设计的，3D 打印能比得过那就奇了怪了！如果想找到 3D 打印有优势的零件，必须要把设计与工艺结合起来！

为了方便理解，在此举个例子：

波动顿动力机器人后空翻 https://www.zhihu.com/video/1042482885630078976

大家还记得这个灵活的机器人吗？ 这是由 Boston Dynamics 开发的。可以理解的是，要实现这样的壮举，不仅需要牛逼的控制算法，机器人本身的轻量化也非常重要。

那些轻功不错的武侠人士，一般都不是胖子，不是吗？

波士顿副总裁亚伦桑德斯指出，轻量化的秘密，就在于 3D 打印。3D 打印出的钢、铝，并不会比冲压、铸造出来的密度更低，要想实现轻量化，必须在设计上下功夫。

让我们看看 3D 打印让机器人的腿，获得了什么样的进化：

拓扑优化与晶格结构: 右腿的“骨骼”有一个明显的中空部分，这就是通过拓扑优化来实现轻量化；“骨骼”部分采用晶格结构，可以进一步实现轻量化。这些工作，用铸造或机加工，都很难实现。

内部流道：左腿的液压管是暴露在外部的，而右腿中，则直接集成到了“骨骼”内部，不仅更加可靠，还节省了固定液压管的重量与体积。

从波士顿机器腿部的进化，我们可以看出：工艺变革必须与设计变革结合起来，才有可能创造价值。

回到汽车行业，燃油汽车的轻量化可以减少油耗与污染，而电动汽车的轻量化更为重要——可以缓解续航问题。

尽管存在潜在的需求，但将 3D 打印应用到汽车行业还是困难重重。除了 3D 打印技术本身需要在成本、速度上进一步提升之外，设计人才、设计软件的进化也刻不容缓。

设计软件：传统的 CAD 软件，大多是针对传统制造方式设计的，像拓扑优化、晶格结构这种功能还比较难用，或根本没用。
设计人才：几十年以来，无论是工业设计还是结构设计，都是依据传统工艺发展出的设计理念。在传统理念中，3D 打印的拓扑结构与晶格结构无异于“大逆不道”—— 根本加工不出来的结构，设计出来有什么意义呢？

所以说，这不仅仅是 3D 打印一个行业的事业，而是需要多个领域跨界融合，才能推动得快一些。

文： 知乎 | 张抗抗，清华大学汽车工程系本科、博士，南极熊3D打印智库成员。

严重同意，非常有道理！