轻量级通用汽车，高效驶向未来

人们已利用增材制造技术造出3D打印乐器（包括架子鼓、电吉他、低音贝斯和键盘）、3D打印食物（包括宇航餐和军队餐）、3D打印衣物、义肢和用于移植的人体器官，甚至还有3D打印的两层混凝土楼房。还会有什么？3D打印汽车？

是的，没错。2015年，美国汽车制造公司Local Motors推出“斯特拉蒂”（Strati）电动双人跑车，75% 的零件是3D打印的，生产时间仅需44小时。2016年，Divergent 3D公司推出700马力的超级跑车“刀锋”（Blade），车身和底盘是3D打印的。意大利初创公司XEV 将于今年开始制造小型电动车LSEV，据该公司称， 它是世界上第一辆可批量生产的3D打印汽车。

在3D打印汽车的设计领域，不仅是初创企业和先锋实验者在努力研发，以引人注目的概念登上报纸头条，传统的汽车制造商也致力于对原有产品进行逐步升级，做出实质性的改进。通用汽车正是这样，致力于设计3D打印组件，从而提升汽车性能，并更适于定制和个性化。

通用汽车增材设计和制造总监Kevin Quinn说：“每辆车上的部件平均有3万个，我们不是要把3万个部件全部都打印出来，而是以非常现实的眼光来取舍，我们关心的是，这是否可以为通用汽车和客户提供商业价值。我们关注的不是能做什么，而是应该做什么。”

颠覆性设计

如果说增材制造是通向汽车业未来的大门，那么衍生式设计则是打开这扇大门的钥匙。Quinn说：“衍生式设计就是工程师综合运用计算机、云和人工智能来探索车辆零件、部件的各种不同设计。综合运用这些手段可以得出全新的零件设计方案，光靠工程师或计算机是不可能做到的。”

通过这种模式，工程师先确立组件的设计目标和制约条件，包括材料、制造方法、预算等参数，并输入到衍生式设计软件中。然后，软件通过算法来分析、评估所有可能的设计方案，并通过计算找出其中的最佳方案。

“衍生式设计加上增材制造，可给汽车行业带来全面的颠覆性变革，” Quinn补充说，汽车行业历来受传统制造工艺的限制，如磨削、注模，这类工艺只能制造很简单的几何图形。

此外， 传统工艺造价高、灵活性低，因而实验成本高昂。而采用衍生式设计和增材制造，则可用最少的投资进行无限量的设计。一个软件，配上一台3D打印机，就可以生产无数零件，而且形状不受限制，有机形状的、内部栅格的都可以，这只有靠增材制造才能做到。

这支架更好？

要了解衍生式设计的商业案例，我们来看看电动汽车带来的挑战。尽管汽车制造商非常看好电动汽车——光是通用汽车公司就计划到2023年推出至少20款电动车或燃料电池车，但电动汽车生产成本较高。对通用汽车而言，衍生式设计有助于打造出更轻的车辆、更短的供应链，也许能助力通用汽车解决这些挑战。

Quinn说：“电气化和自动驾驶将成为汽车行业的变革者，在这些高端技术领域拥有领先地位至关重要。我们相信，增材制造和衍生式设计有助于我们获得市场首发的优势。”

最近，通用汽车工程师与欧特克协作，采用Fusion 360的衍生式技术，设计出一个功能更优的全新座椅支架。座椅支架是一种标准的汽车部件，用来确保座椅上的安全带牢固地连接到座位、座位连接到车底盘。传统的座椅支架一般呈方形，由八个零件组成，而通用汽车采用的软件设计出150多种方案，外观看似来自外太空的金属物体。通用汽车最终选择的设计仅由一个不锈钢部件组成，而不是以前的八个，但其重量比以前降低了40%，强度比以前提高了20%。

Quinn说：“将八个零件合并为一个整体，原因有两个。一方面可以极大地提高质量。另一方面的附加好处是能降低供应链成本，如果是采用来自多个不同供应商的多个不同零件，把它们组装在一起，这样的成本更高。”

这样的改进推广到数百甚至上千个零件上，显然能使车辆更便宜、更轻便、更节能。

“现在面临的挑战是需开发出更多衍生式设计和增材制造能发挥作用的其他独特应用。”Quinn说，通用汽车已在努力优化许多其他部件。

他表示：“如果我们能够利用衍生式设计和增材制造，把燃料经济参数提高每加仑一英里，或者把电动汽车的续航里程扩大10英里， 那将为通用汽车带来巨大的竞争优势。”

实实在在，而非虚张声势

提高性能只是开头一步。通用汽车公司还设想，将来以增材制造在经销商层面制造出高效、实惠的服务部件，让顾客可定制其车辆。

Quinn说：“现在，通用汽车要想定制汽车上某件东西成本非常巨大，因为每次定制一个部件都必需新建一个模具。由于这类投资没有回报，业内往往是决定不这样做。”

Quinn补充说，采用增材制造，可以让顾客订购“定制装饰包”，或者用自己的名字或最喜欢的运动队标志来个性化自己的车辆。他表示：“如果能为顾客提供竞争对手不具备的东西，那就会让我们的车与众不同。”

Quinn认为，技术的终极作用，不是用来虚张声势，而是提供实实在在的好处。“衍生式设计和增材制造真的很振奋人心，（它们能）为顾客提升汽车性能，这是其他任何方式无法做到的。”