3D打印對汽車制造的內外驅動力及當今汽車增材制造市場
Wholers Report 2020指出，2019年全球3D打印市場總值達到118.67億美元，相比去年增長21.2%，這已是這項技術連續10年以超過20%的年增長率快速發展，汽車行業則以16.4%的占有率引領行業應用。與此同時，SmarTech Analysis統計的2019年汽車全球增材制造市場總值為13.9億美元，到2029年汽車零部件生產中與3D打印相關的市場規模將達到90億美元。
可見的是，寶馬、福特、大眾等汽車廠商不斷加碼對3D打印的投入，無論從成本還是汽車未來發展的角度，這都是大勢所趨。
汽車增材制造市場規模2019-2029預測（來源：SmarTech Analysis）
01 3D打印對未來汽車制造的內外驅動力
促使汽車行業大規模引入3D打印的原因可以從經濟成本、競爭壓力以及汽車未來發展趨勢的內外部原因來分別解釋。
自1990年代3D打印開始商用后，汽車工業就在使用該技術進行原型制造，汽車行業也更容易接受將3D打印視為制造增值產品的一種手段，而這些產品只能通過增材制造來實現。時至今日，增材制造技術在汽車制造商心目中的地位發生了根本變化，其原因涉及以下因素：
1. 汽車行業面臨巨大的價格和成本壓力
2. 制造商需要追求運營優勢，以保持競爭力
3. 消費者對定制的需求給小批量和個性化零件的生產帶來低效，這增加了制造的復雜性。
3D打印在汽車零部件制造中的應用
在市場變化的壓力下，汽車廠商急需新的技術來解決運營和市場需求帶來的壓力。隨著3D打印技術的快速發展，特別是近年來該技術在功能性零件直接制造以及批量制造方面的突破，汽車制造商逐漸注意到3D打印確實可以解決一些實際問題，能夠降低小批量制造過程中的生產成本，并在一定程度上迎合市場需求。作為一項被普遍認為將改變未來生產方式的技術，一些汽車生產商需要借助它來保持對汽車行業的引領作用。
除了經濟成本和市場競爭壓力等內部原因外，電動汽車、自動駕駛以及共享汽車等新型出行服務的發展已經動搖了汽車行業的格局，這些都會對汽車制造商和零部件供應商產生不同程度的影響。汽車行業本身的發展給車輛前端設計帶來了一些改變，熱量管理以及設計空間和整體重量的減少越來越被重視；與車輛安全和舒適性相關的結構也需要用新的技術來實現。
這些關鍵趨勢需要3D打印服務商和采用3D打印技術的汽車供應商能夠以更快的速度、按需提供更優化的新產品。
考慮到當前汽車行業的發展趨勢，在一些情況下，減重將尤為重要。在過去的三年中，已經出現了許多采用輕量化材料和結構進行新的元器件系統設計的案例。通過重新設計車身或其他各種部件，可優化零件性能重量比，增材制造技術在實現零件減重方面可以發揮重要作用。
未來，增材制造技術可能成為多種減重策略整合下更可行的解決方案，這也使得它成為改善燃油經濟性的有力保障。此外，無論是采用輕質合金、高性能聚合物還是進行先進的幾何結構優化來實現減重或者節省更多空間，增材制造技術都成為當前汽車發展趨勢下不可缺少的關鍵技術。
02 當今全球汽車市場增材制造使用現狀
由于汽車市場面臨巨大的成本競爭壓力，在增材制造技術方面的投資效益實際上不如其他細分市場（如航空航天、醫療、牙科和消費品）那么直接。3D打印在大規模定制方面具有極大優勢，然而在零件性能和生產自動化方面卻表現不佳，該技術在汽車制造領域需要關注長期效益。
此外， 3D打印領域還存在這樣一種現象，業內材料的收入幾乎占到了應用收入的一半，而對于其他技術，前者往往比后者小幾個數量級。這也是3D打印設備商看中汽車市場的重要原因。未來汽車制造將越來越多的采用增材制造，而隨著經濟規模增大，材料和硬件成本將逐漸下降，汽車制造商的長期效益將非常顯著。
寶馬增材制造產業園擁有當今所有最先進的3D打印技術
目前，很多汽車制造商和3D打印機設備商確立了合作關系，通過將3D打印端到端的集成到汽車制造生產線中，可以更好的進行零件設計和生產策略規劃，并力圖逐步實現3D打印生產的自動化。
德國汽車制造商在開發用于最終零件生產的3D打印應用方面進行了迄今為止最大規模的投資。大眾汽車集團報告稱，3D打印在其零件生產中的采用率最高，奢侈品牌布加迪和蘭博基尼的應用案例具有里程碑的意義；戴姆勒·奔馳集團和寶馬集團則宣稱實現了該技術最重要的應用，特別是粉末床熔融技術，已被用于按需備件生產和其他零件的直接大批量生產?；趯Ω螽a量和更低成本的需求，大眾汽車已開始使用具有高吞吐量的惠普金屬粘結劑噴射成型技術進行零件直接生產。
美國和法國汽車制造商在使用3D打印技術方面緊隨其后。福特汽車在復合材料等增材制造技術方面進行了大量投資；特斯拉雖對自己使用的3D打印技術嚴格保密，但電動汽車對散熱的特殊要求可能會讓特斯拉不得不考慮該技術，此外，近日其Model Y后車架上的創成式設計，也能看到3D打印的使用身影。法國標致雪鐵龍集團已采用金屬粉末床熔融技術直接生產Divergent超級跑車的多個組件，而米其林也在采用旗下AddUp的同類3D打印技術生產輪胎模具。
特斯拉Model Y后車架上的創成式設計
中國和日本的汽車制造商通常依賴外部3D打印服務商通過精密鑄造或直接3D打印來生產零件（實際上歐美汽車制造商也是如此）。以上汽大眾為代表的中國汽車制造商，已在使用3D打印進行前端設計，來提高產品的成熟度。目前，已經有相當數量的汽車制造商在使用FDM（如Stratasys或其他一些品牌可以加工高溫聚合物的打印機）或Polyjet技術來生產工具、鑄模、夾具和固定裝置等。
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