根據3D科學谷的市場觀察，談到汽車行業，3D列印目前仍然主要侷限在原型和小批次零件的應用領域，但我們想改變這一點，那麼要將3D列印尤其是金屬3D列印技術納入到汽車領域的大批次生產，使其成為適合汽車生產的經濟可行的技術，面臨的挑戰有哪些呢？
汽車行業需要利用增材製造的具體優勢來提升產品設計，但是當談到用於經濟性的生產，以便將產量從小批次的十幾個增加到每年100萬個。在業界能夠打破這個百萬產能障礙之前，3D列印對於進入到汽車的生產線方面將一直處於死衚衕。
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技術快速進化帶來新機遇
目前增材製造對於汽車生產來說太慢了，考慮到與相互競爭的其他製造方法相比，衝壓機每六秒鐘可生產一個零件，而粉末床金屬熔融技術則需要幾個小時才能生產一批小零件。
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幸運的是3D列印技術在飛速的進化，除了更多的鐳射器，Fraunhofer的futureAM專案還開發了比傳統LPBF系統至少快十倍加工速度的下一代金屬3D列印技術。
在邁向效率提升的目標之路上，除了粘結劑噴射金屬3D列印技術，業界近幾年還誕生了一些新的技術，包括修拉Seurat Technologies 的區域列印方法，Tritone Technologies的MoldJet 3D列印技術透過模具列印與金屬填充列印的結合以最大化生產力，Aurora labs的MCP多點同時熔化金屬3D列印技術，透過洞悉金屬3D列印的新發展，可以直觀的感受到3D列印技術的整體發展正在與汽車行業產業化一致的方向發展，追求汽車行業所追求的製造效益。
金屬3D列印技術進入到產業化領域的侷限性包括速度、成型尺寸、成本、質量一致性等等，根據MTC大會，當前3D列印的產品價格中高達70%的成本來自裝置成本，而材料也佔據了30%的成本。而在傳統制造工藝中，材料成本不超過產品成本的3%。
突破當前侷限，邁向更高的速度，更好的過程控制，更適合的材料，全世界的3D列印玩家無不是向這個方向在發力。
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Fraunhofer的futureAM – 掃描振鏡和線性軸系統的同步運動
亞琛Fraunhofer ILT已經開發出用於LPBF（基於粉末床的金屬熔化3D列印技術）的下一代新型加工解決方案，該解決方案具有可擴充套件性，可以生產比傳統LPBF系統至少快十倍加工速度的大型金屬部件。目前LPBF系統樣機提供了大的，有效可用的構建體積（1000毫米x 800毫米x 500毫米）。
為了提高系統的生產率，實現了掃描振鏡和線性軸系統的同步運動。增強的鐳射粉床熔化（LPBF）加工策略的另一個亮點是軟體，用於控制粉末材料熔化時的能量輸入，可以為每個熔體軌跡分別設定工藝引數，以提高部件質量和製造速度。
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德國亞琛Fraunhofer ILT
不僅僅侷限在裝置的加工速度、精度方面的開發，Fraunhofer的futureAM專案包含了更多“柔性”的增材製造技術，例如線上過程控制技術的開發，工藝穩健性的開發，以及基於數字孿生的網路化流程鏈的開發等。根據弗勞恩霍夫鐳射技術研究所Fraunhofer ILT，增材製造現在處於工業實施的門檻上，而從FutureAM專案中共同獲得的專業知識現在將轉移到工業應用中。
修拉Seurat Technologies 的區域列印方法
Seurat Technologies 發明了一種新穎的區域列印方法，有可能突破當今金屬增材製造的限制。這項新技術並沒有增加鐳射源的數量，而是使用一種全新的光束操縱方法來增加每次熔化的體積。雖然通常的金屬 AM 系統的光斑直徑為 100 微米，但 Seurat 系統可將 200 萬個鐳射點傳送到粉末床區域中，每個光點的直徑約為 10 微米。使用這種方法，Seurat 可以同時大幅提高構建速度，同時還可以提高解析度。與其他單一鐳射系統相比，Seurat TechnologiesTM 將構建速度提高了 1000 倍。
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根據3D科學谷的市場觀察，這種技術孵化於LLNL國家實驗室。使用光定址光閥（OALV-optically-addressable light valve）作為光掩模，一次性列印整層金屬粉末。使用多路複用器，鐳射二極體和 Q開關鐳射脈衝來選擇性地熔化每層金屬粉末。近紅外光的圖案化是透過將光成像到光定址光閥-OALV上實現的。
在基於二極體的增材製造工藝中，鐳射由一組四個二極體鐳射器陣列和脈衝鐳射器組成。它透過可定址光閥，對所需製造的3D模型的二維“切片”影象進行圖案化。鐳射隨後閃爍一次列印整層金屬粉末，而不是像傳統的選擇性鐳射熔融系統一樣透過鐳射掃描策略來完成逐點的金屬粉末熔化。
Seurat 的區域列印技術透過將生產力提高到任何現有金屬 3D 列印技術的極限之上，從而增強了廣為人知的 L-PBF 方法。它的構建速度甚至比電弧沉積還要高，但它保持了鐳射粉末床融合的精度和解析度，並有可能進一步提高表面質量和零件靈活性。
作為高產量和麵向消費者的行業，成本是汽車行業的主要因素。例如，鑄造工藝，雖然增材製造可以將許多零件組合在一起一次完成，但鑄造幾乎可以便宜兩個數量級。增材製造將不得不與過去50年來經過不斷最佳化的流程相競爭，並提供額外的價值以取代它們。
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Seurat的區域列印技術突破了現有的單件成本障礙。與當今的增材製造技術相比，第一代系統的成本已經降低了 50%。然而，根據3D科學谷的瞭解，Seurat獨特的技術原理有可能進一步降低成本。Seurat未來幾代機器的目標是到 2030年製造成本贏過傳統壓鑄工藝，這將標誌著增材製造成為主流技術的突破。
Tritone Technologies的MoldJet 3D列印技術
3D科學谷曾在《燒結變形、幾何形狀受限…間接金屬3D列印的短板正在消失》一文中分享到Binder Jetting粘結劑噴射金屬3D列印技術與幾乎所有其他金屬3D列印工藝相比都是獨一無二的，因為在3D列印過程中不會產生大量的熱量。這使得高速列印成為可能，並避免了金屬3D列印過程中的殘餘應力問題。Binder Jetting粘結劑噴射金屬3D列印技術將熱加工過程轉移到燒結步驟，這使得更容易管理熱應力，因為燒結溫度低於其他型別的金屬3D列印工藝中所需的完全熔化溫度，並且熱量可以更均勻地施加。
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間接金屬3D列印適用的材料範圍
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可以說以Binder Jetting為代表的間接金屬3D列印技術是面向批次經濟型金屬零件的列印應用市場而誕生的。
目前汽車領域可用的合金通常是用於鑄造或鍛造產品的合金，而對於3D列印來說，合金的開發則需要考慮增材製造工藝中經歷的快速加熱和冷卻速率因素。
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尤其是，與PBF金屬3D列印技術不同的是，間接金屬3D列印對材料的適用性非常廣。不過，間接金屬3D列印技術本身也包含著不同型別的列印技術。Tritone Technologies的MoldJet 3D列印技術來自於弗勞恩霍夫Fraunhofer IFAM研究所的技術授權，透過模具列印與金屬填充列印的結合以最大化生產力。根據3D科學谷的市場觀察，MoldJet所面向的應用市場在3D列印技術大家族中，與其最相近的正是Binder Jetting粘結劑噴射金屬3D列印技術。
MoldJet的工藝包括模具列印，模具填充和乾燥-逐層重複進行，直到生產出所需的零件為止。每個單獨的模具層的佈局都可以靈活，獨立地調整。這樣就可以生產內部結構和通道以及帶有90°懸垂式懸垂的零件。不過根據3D科學谷的瞭解製造過程並非完全自由無限制，例如需要避免完全封閉的內部通道，否則以後就無法去除模具材料。
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MoldJet的工藝除了與Binder Jetting工藝都有Jetting-材料噴射這個過程，與Binder Jetting相區別的是，MoldJet工藝還具有Mold列印模具的過程。MoldJet工藝的兩個基本的工藝步驟是列印模具，使其成為所需零件幾何形狀的框架，並用金屬漿料填充該模具。這兩個過程步驟彼此交替。隨後的脫脂與燒結過程則與Binder Jetting技術所對應的後處理過程類似。
Aurora labs的MCP多點同時熔化金屬3D列印技術
澳大利亞金屬3D列印機制造商Aurora Labs經過多年的開發，推出了將速度與精度結合的MCP多點同時熔化金屬3D列印技術。Aurora Labs的RMP1 Beta印表機的列印床尺寸為450 mm x 400 mm，透過Multi Concurrent Printing（MCP）多點同時熔化金屬3D列印技術，比以前的測試機器顯著提高速度。
Aurora優先考慮最佳化速度提升和列印質量，這是Aurora戰略的關鍵支柱，Aurora Labs還與巨型工程和採礦服務集團Worley Parsons達成協議，成立合併的3D列印和諮詢合資企業，名為AdditiveNow。AdditiveNow提供的服務包括協助客戶增加製造計劃和進行最佳化研究，提高可操作性和可製造性以提升效率。合資公司將為客戶提供增材製造相關的工程服務，如零件設計，定製金屬3D列印，零件最佳化和零件認證服務。
當然效率的提升並不意味著3D列印就可以無縫切入到汽車零件大批次生產的軌道上，除了製造效益的提升，3D列印邁向汽車產業化的過程中還存在一系列的難題，其中包括：透過資訊管理系統來管理增材製造資料流；工藝可重複性、零件到零件的可重複性；成熟的認證和質量檢測方法。
汽車行業對於標準的需求是3D列印技術所面臨的另外一個挑戰，隨著針對增材製造的標準開始浮出水面。這些標準本身還需要獲得在整個行業中集體發展，因為拿通用汽車來說，每年需要數以億計的部件，每個機器製造商都有其獨特的粉末是不可持續的 – 汽車行業的要求不允許這樣做。而更何況粉末標準僅僅是冰山一角，3D列印行業的廠家需要協調起來站在行業發展的角度看待如何可以共同支援增材製造的發展，並打破所有重要的障礙。
不過無論如何，從行業發展的角度來看，新的3D列印技術的出現，新的製造效益標杆的設立，對於催生整個行業出現更多的創新起到了積極的作用，而無論是哪一種技術拔得頭籌，對於3D列印在製造領域發生深刻影響來說，都具積極意義。
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