過去幾十年間，增材製造技術的顯著發展改變了產品設計、開發、製造、加工和分銷的潛在方式。汽車行業在實驗3D打印方面一直非常積極，該等進步在多個方面開啟了新的大門。本文概述了當前的發展，並闡明了3D打印如何重塑汽車領域。
3D打印在哪些領域具有顯著優勢
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更为深远的影响。
產品創新
增材製造能夠生產出傳統製造工藝難以製造的部件，並且設計限制更少。這種設計靈活性為創新提供了可能性，可以添加改進功能，如通過中空結構實現集成電氣佈線，通過晶格結構實現重量減輕，以及傳統工藝無法實現的複雜幾何形狀。此外，新的增材製造技術越來越多地能夠生產出具有獨特性能（如電導率及可變強度）的多材料打印部件。該等增材製造工藝在創造更安全、更輕便、更快速及更高效的未來車輛方面起到了重要作用。EDAG的Light Cocoon是增材製造在潛在的創新方面開啟新大門的一個經典例子。
供應鏈
增材製造透過消除新工具的需求，直接生產成品，有效縮短整體交貨時間。此外，由於增材製造通常只使用生產部件所需的材料，因此可以顯著減少廢料並降低材料使用量。而且增材製造生產的輕量化組件可以降低處理成本，而按需及現場生產則有助於降低庫存成本，提供靈活的供應鏈解決方案。增材製造支援低至中等產量的分散生產，可實現成本降低，並提升在接近客戶地點生產產品的能力，從而減少供應鏈複雜性。
增材製造可應用的產品階段
增材製造憑藉其獨特優勢，能夠取代傳統汽車生產中的幾個工藝。以下是增材製造可以為汽車行業帶來的四個重要變革。
原型製作過程
在原型製作過程中，通常需要耗費大量時間及資金，特別是隨著產品迭代次數的增加。快速原型製作（3D打印）使公司能夠迅速將初步構想轉化為令人信服的概念驗證。該等概念隨後可以進一步發展成高度精確的原型，與成品極為接近，來引導產品通過一系列迭代及驗證階段，邁向大規模生產。在汽車行業中，快速驗證至關重要。借助3D打印技術，可以在幾天內製作出高度逼真及代表性的原型，成本大幅降低，縮短了從概念到成品的時間，強化了整體產品開發工作流程。
維修與支援（備件）
借助電腦輔助設計(CAD)，幾乎所有部件的設計都可以作為數字副本儲存在電腦硬碟上，無需維護庫存。通過使用3D打印技術，可以按需生產備件。這種技術的可及性將鼓勵供應商開發新的服務領域，以便提供便捷的3D打印組件及備件供應。甚至可以根據數字掃描進行逆向工程，重新製造已不再生產的部件。這一技術亦可以為老舊設計注入新的生命，同時輕鬆複製經典車型的備件。
客製化
定製化生產在傳統製造工藝中成本高且耗時長。而3D打印則非常適合生產低成本的定製部件，為製造商帶來了全新的生產能力及為客戶提供產品的可能性。對於小型定製汽車店鋪而言，使用3D打印汽車部件不僅推動了工作質量及創意的提升，亦為實驗及完善定製設計提供了廣闊的空間。
連續生產（各種部件的裝配）
3D打印技術能夠提升一般部件製造階段的效率。例如，原本可能需要組裝五六個汽車部件，現在可以通過一個單一的打印部件完成。即使單個零部件成本可能較高，但這樣節省了裝配時間及成本。通過合併零部件，3D打印亦能幫助減輕重量並提高燃油效率。從生產效率的角度來看，將3D打印技術進一步應用於一般部件製造屬非常合理。
哪些技術與材料是合適的
從塑膠裝飾件到金屬引擎部件，增材製造已經證明了其價值，並在技術流程及可用材料方面亦有更多潛力可以挖掘。下表簡要概述了部分流行的選項。
| 應用 | 工藝 | 材料 | 特點 | 案例 |
| 內飾與座椅 | SLA, SLS, MJF | 聚合物 | 定製化裝飾組件 | 儀表板，座椅框架 |
| 輪胎、輪圈、懸掛 | SLS, MJF, SLM | 鋁合金，聚合物 | 堅固耐用的部件 | 懸掛彈簧，輪圈蓋 |
| 電子設備 | SLS, MJF | 聚合物 | 精密部件 | 感應器，單一部件控制面板 |
| 排氣與排放 | SLM | 鋁合金，聚合物 | 空心金屬零件 | 冷卻通風口 |
| 引擎蓋內 | SLS, MJF | 尼龍 | 耐熱功能部件 | 電池蓋 |
| 燈光 | SLA, MJF | 樹脂 | 完全透明，高細節 | 車頭燈，車頭燈原型 |
| 風道 | SLS, MJF | 尼龍 | 柔性導管 | 暖通空調（HVAC）導管 |
| 原型 | SLA | 聚合物 | 高清晰度，清晰細節 | 高清晰度原型 |
| 功能性安裝支架 | SLS, SLM, MJF | 尼龍聚酰胺 12，鈦 | 輕量化，高強度 | 發電機支架 |
| 複雜發動機部件 | SLM | 鋁合金 | 合併的、輕量化的、功能性金屬部件 | 叉桿式懸掛 |
行業應用實例
許多汽車原始設備製造商已經開始使用增材製造，認識到其能力及效率，以下是兩個應用實例。
米其林公司推出的3D打印Uptis輪胎
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）。
保時捷及首批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，从而获得更适合这一特定应用的性能。
結語
考慮到增材製造所開啟的廣泛能力範圍，汽車公司的領導者應考慮利用增材製造技術保持競爭優勢。儘管傳統製造技術根深蒂固，並將繼續在汽車行業佔據重要地位，但增材製造正在逐步進入這一領域。
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