就在上周，國(guó)外不少主流汽車(chē)媒體紛紛體驗(yàn)了一臺(tái)由3D打印制造的超級(jí)跑車(chē)Czinger 21C?；蛟S你還沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)這個(gè)品牌，Czinger就像帕加尼、科尼賽克一樣，是一家專注于生產(chǎn)超級(jí)跑車(chē)的小廠，21C是它的首款車(chē)型。

別看來(lái)頭不大，但Czinger 21C絕對(duì)是超級(jí)跑車(chē)界的一匹黑馬。該車(chē)搭載一臺(tái)可以爆發(fā)937馬力的2.9T V8發(fā)動(dòng)機(jī)，百公里加速僅需1.9秒，極速可達(dá)379km/h。而在加裝上混合動(dòng)力系統(tǒng)后，其最高時(shí)速更是可以達(dá)到恐怖的431km/h！怪獸級(jí)的性能意味著高昂的售價(jià)，Czinger 21C全球限量?jī)H80臺(tái)，每臺(tái)售價(jià)高達(dá)170萬(wàn)美元，約合人民幣1178萬(wàn)元。

用3D打印打造極致的輕量化

這個(gè)售價(jià)對(duì)我們車(chē)迷來(lái)說(shuō)看看就好，我們更應(yīng)該關(guān)注Czinger 21C是如何進(jìn)入到“1秒俱樂(lè)部”的。Czinger 21C強(qiáng)勁的加速性能與輕量化技術(shù)的應(yīng)用不無(wú)關(guān)系，除了我們熟悉的碳纖維材料的應(yīng)用，3D打印技術(shù)對(duì)該車(chē)的輕量化也做出了極大的貢獻(xiàn)。

Czinger 21C的車(chē)架、懸掛系統(tǒng)由3D打印鈦合金和鋁合金制成，甚至玻璃都是由3D打印制成，這使得Czinger 21C整備質(zhì)量?jī)H為1165kg。

3D打印不僅輕而且開(kāi)發(fā)更快，就拿上圖中這個(gè)看起來(lái)像生物骨骼一樣的懸掛連桿來(lái)說(shuō)，它的形狀設(shè)計(jì)完全交給計(jì)算機(jī)完成，而計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出如此充滿藝術(shù)感的造型僅用了2分鐘。這個(gè)時(shí)間有多恐怖呢？人類要想設(shè)計(jì)出同樣強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)，需要三個(gè)星期的時(shí)間，而且設(shè)計(jì)出來(lái)的是非常粗壯、非常重的結(jié)構(gòu)。大家都知道，懸掛組件越輕，車(chē)輛操控性越好，而Czinger 21C的這套3D打印懸掛顯然能讓車(chē)主更輕松地駕馭這臺(tái)狂暴的跑車(chē)。

Czinger的3D打印車(chē)間

什么是3D打印？

看到這里，大家應(yīng)該見(jiàn)識(shí)到了3D打印的神奇之處，想必心中也有幾個(gè)疑問(wèn)：什么是3D打印？3D打印為何如此強(qiáng)大？我們的買(mǎi)菜車(chē)上有沒(méi)有3D打印零件呢？

3D打印的原理演示

3D打印的學(xué)名為“增材制造”，被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是人類第四次工業(yè)革命的主要推動(dòng)技術(shù)。在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最廣的3D打印工藝有SLA、SLS、SLM三種，它們的原材料為液體或粉末，通過(guò)高功率的激光一層層固化、燒結(jié)成為最終的零件。因?yàn)檫@種制造方式和打印機(jī)非常相似，所以就有了“3D打印”的俗稱。三種工藝中，SLA主要生產(chǎn)樹(shù)脂產(chǎn)品，SLS則生產(chǎn)強(qiáng)度更高的尼龍產(chǎn)品，SLM可以生產(chǎn)金屬產(chǎn)品。3D打印通常按克計(jì)算價(jià)格，三種工藝價(jià)格依次增高，SLM工藝的部分材料價(jià)格堪比黃金，而Czinger 21C使用的正是最貴的SLM工藝。

被譽(yù)為“工業(yè)明珠”的五軸CNC機(jī)床

既然有增材制造，那就有減材制造和等材制造。像沖壓、鑄造、注塑就是典型的等材制造，原材料在加工過(guò)程中沒(méi)有增加也沒(méi)有減少，而機(jī)加工、CNC這種通過(guò)銑削將胚料加工成產(chǎn)品的加工方式則為減材制造。從人類文明誕生以來(lái)，以澆鑄、雕刻為起源的等材制造和減材制造就是最為主流的制造方式，發(fā)展到如今已經(jīng)非常成熟，但3D打印的興起不過(guò)是最近30年的事情。

3D打印的工藝品

雖然3D打印的歷史不能比擬傳統(tǒng)的加工方式，但其應(yīng)用前景卻十分被看好。原因在于3D打印在工業(yè)加工領(lǐng)域的革命性突破，而等材制造和減材制造的傳統(tǒng)制造方式只能制造結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的零件，但3D打印可以做出傳統(tǒng)制造方式無(wú)法完成的高復(fù)雜度零件。比如上圖中的埃菲爾鐵塔模型擺件，用3D打印技術(shù)可以一次打印完成，而CNC和機(jī)加工的刀具根本無(wú)法進(jìn)入到這些鏤空結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面進(jìn)行加工，只能通過(guò)加工零碎的零件，然后拼裝起來(lái)才能做到同樣的效果。

波音777X上使用的大型3D打印部件

用更少的材料就可以制造強(qiáng)度更高、更復(fù)雜的零件，這樣的特點(diǎn)也讓3D打印在近幾年迅速崛起，Czinger 21C正是發(fā)揮出了3D打印的這一大優(yōu)勢(shì)。除了汽車(chē)，輕量化和高強(qiáng)度同樣是航空航天和大飛機(jī)對(duì)零部件的要求，像波音、空客、通用電氣、NASA等都早已開(kāi)始大規(guī)模使用3D打印技術(shù)。

日本玩具公司萬(wàn)代掌握著全球最先進(jìn)的注塑技術(shù)

3D打印還有一個(gè)顯著特點(diǎn)就是既慢又快，既貴又便宜。為什么這么說(shuō)呢？3D打印相比塑料件生產(chǎn)常用的注塑工藝，加工時(shí)間非常長(zhǎng)，注塑幾秒鐘就可以完成的零件，用3D打印可能要幾分鐘甚至幾個(gè)小時(shí)，而且價(jià)格更高。但和CNC機(jī)加工比起來(lái)，3D打印又非常快并且便宜。3D打印這樣的特點(diǎn)，也為原型開(kāi)發(fā)創(chuàng)造了極大便利。

3D打印助力原型開(kāi)發(fā)

在傳統(tǒng)塑料零件的研發(fā)過(guò)程中，是先設(shè)計(jì)原型的圖紙，再用CNC加工出零件原型。反復(fù)驗(yàn)證確認(rèn)零件尺寸后，再制造注塑模具，從而實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。而在當(dāng)下，3D打印憑借更低的價(jià)格和更快的速度正在逐步替代CNC的原型制造工作。

3D打印的汽車(chē)大燈組

筆者從上海某家汽車(chē)塑料件供應(yīng)商了解到，該公司以往都會(huì)采用CNC、機(jī)加工和翻模為主機(jī)廠生產(chǎn)零件原型。但最近幾年，SLA樹(shù)脂3D打印正在成為行業(yè)主流。相比CNC，該工藝可以有效幫助主機(jī)廠縮短新車(chē)開(kāi)發(fā)時(shí)間，并節(jié)省開(kāi)發(fā)資金。也就是說(shuō)，雖然我們的買(mǎi)菜車(chē)上幾乎沒(méi)有3D打印零件，但在前期車(chē)型開(kāi)發(fā)過(guò)程中已經(jīng)離不開(kāi)3D打印工藝。不過(guò)，3D打印還不能完全替代傳統(tǒng)注塑工藝。

Czinger 21C懸掛組件上可以看到明顯的CNC二次加工痕跡

由于發(fā)展時(shí)間較短，3D打印的制造精度還相對(duì)較低，公差只能控制在0.1mm，而中高端CNC機(jī)床已經(jīng)可以達(dá)到1μm，也就是0.001mm，頂級(jí)的CNC機(jī)床甚至可以做到0.01μm精度的納米級(jí)超精密加工?；谶@些特點(diǎn)，3D打印在我們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用得還比較局限，大多用于文創(chuàng)、玩具、電子電器制造、汽車(chē)零部件的原型開(kāi)發(fā)，昂貴的金屬3D打印應(yīng)用的就更少了。像Czinger 21C之所以能夠大量使用3D打印零件，主要是較高的售價(jià)能夠覆蓋高昂的成本，而且仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn)，Czinger打印出的零件還需要用CNC對(duì)配合精度要求較高的部位進(jìn)一步加工。

寫(xiě)在最后

家用桌面級(jí)3D打印機(jī)

以上就是3D打印的原理、特點(diǎn)和在汽車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用的介紹，相信大家對(duì)3D打印有了初步的認(rèn)識(shí)。3D打印作為新興的加工方式，給了工業(yè)制造無(wú)限的可能。近年來(lái)各國(guó)都在加大對(duì)3D打印技術(shù)的投入，我們國(guó)家在塑料、樹(shù)脂3D打印方面也擁有極大的優(yōu)勢(shì)，但在更高端的金屬和尼龍3D打印領(lǐng)域與國(guó)際巨頭還有著一定的差距。