应该说航空工业是增材制造技术应用最为领先的制造部门，在历次技术峰会上，空中客车公司就一直发表非常全面的主题演讲。增材制造和轻量化两大技术领域之间有着密切的关联。空中客车公司的Peter Sander先生和他的继任者Peter Pirklbauser先生分别介绍了公司最新的轻量化制造项目，而这些轻量化制造项目背后总是离不开增材制造技术。

在汽车生产领域中，除了汽车的装配以外，也有许多可以采用增材制造技术的地方，如图1所示。戴姆勒公司硬件和数字化技术主管Thomas Behr先生在他的演讲中介绍了汽车生产过程中采用增材制造技术的潜力。

戴姆勒公司的最新应用

Thomas Behr先生首先回忆了工艺技术发展的重要历史时刻以及过期的专利，例如2009年到期的FDM熔融沉积成型技术和2011年到期的SLS选择性激光烧结技术等。在技术领域相互竞争的同时，科研人员也相互启发。这种态势促进了许多科技创新。Thomas Behr先生认为，市场竞争越来越激烈，新技术应用也加快了步伐。 他列举了Wohler公司2017年的年度报告。其中，3D打印市场的销售收入从2011年的大约15亿美元猛增到2016年的接近60亿美元。这一数字翻了两番！可见发展态势迅猛至极。

       图1  利用增材制造技术生产出来的发动机舱

在戴姆勒商用车公司，有些车型的前厢几乎全部是用增材制造技术生产的。公司生产的产品中，尤其是商用车领域大大地推动了增材制造技术的发展。 “只是生产的数量较少而已。” Thomas Behr先生说道。从2016年9月起，梅赛德斯–奔驰车使用的SLS选择性激光烧结技术的增材制造零部件数量就多达30余种。

        在工艺技术开发中，戴姆勒公司的工程师们采用新技术或是新工艺时遇到了一些麻烦：缺少相关的技术标准、技术规范。在这种情况下，从使用新技术、新工艺开始时就要付出更多的努力。 “每一个零部件都要单独地认证审核。因此我们马上意识到：必须建立自己的企业标准，以便来减少不必要的工作量。” Thomas Behr先生继续说道。

       只有在相关零件完成了3D打印之后，才能够说生产工艺技术是可靠的，进而才能保证产品的可靠生产。2017年夏，戴姆勒公司拿出了第一个金属材料的增材制造零件：在 SLM选择性激光熔化技术的帮助下完成了乌尼莫克车型节温器壳的增材制造。当然这里也需要工艺过程验收的技术标准。目前戴姆勒公司正在着力制定这样的技术标准。

      此外，在大客车领域，戴姆勒公司做得更好一些。公司有能力在一年内实现客户的专属需求。Behr先生列举了专门定制的大客车售票箱案例。Behr先生接下来列举了增材制造在轻量化进程中的巨大应用潜力。戴姆勒公司某车型的一个零件改用塑料材料，利用增材制造技术后将成品重量减轻了75%。但这一工艺过程还有一些缺点需要在可行性研究中解决。

      由于产品产量太小和聚合物粉末回收再利用的可能性很小，因此增材制造的材料成本很高。它们占零部件成本的52%左右。另外，设备成本也是一个重要因素：占零件成本的33%左右。最重要的是：这件重量只有180 g的零件的制造成本提高了大约5%。

      根据Thomas Behr先生的说法，按照中等批量，也就是每年生产不到1 000件来计算，要再用5年的时间才能使增材制造技术在成本方面具有优势。现在的局面是轻量化优势与高成本劣势并存。在利用增材制造技术生产原来的金属支架后可以将支架的重量减轻60%左右。但支架的成本也增加了60%。而导致这一结果的最主要原因是生产设备的生产能力太低和增材制造零部件的精整处理。而突破这一难题的方法只能是像粘合剂喷射一样的自动化过程。据Thomas Behr先生预测：到2030年左右才能看到这样的自动化增材制造设备。对此，Thomas Behr先生认为在此阶段，还是不应忽略对焊技术。对焊技术对大型零部件的生产制造是很有吸引力的，因为它的加工空间是不受限制的。
       

在介绍完成功的实例之后，Thomas Behr先生对下一步要做的工作做了进一步的阐述：要扩大增材制造技术的应用领域。首先，现有材料需改进完善，新材料需要审核认证。其次，要提高增材制造技术领域中的数字化程度，开辟出新的应用领域。第三个要做的是：所有增材制造工艺过程都要降低成本。而最后一点则是：强化公共基础技术的研发，Behr先生呼吁“尤其是要加强基于粉末材料的增材制造工艺技术的研发。”

EDAG公司的NextGen Spaceframe 2.0

Martin Hillebrecht先生是汽车设计公司EDAG的材料和技术领域的负责人，并且是轻量化技术研发中心的领导人。他在报告中介绍了增材制造技术在研发工作中的意义和作用，剖析了从技术研发服务商（简称为“EDL”）的角度来看增材制造技术。

作为EDL研发技术服务商，EDAG公司是从不同于OEM汽车生产厂家的角度来看待增材制造技术的。 “我们总是考虑整个研发过程，并利用我们的专有知识来改进完善这一过程。” Hillebrecht先生在报告开头时说道。 电气化动力总成对研发服务商提出了更高的要求。Martin Hillebrecht先生认为，“动力总成的多样性是对模块化车身的一个挑战。”从Martin Hillebrecht先生的角度来看，所有的每一项改动都提出了这样的要求：针对制造成本，“未来的汽车也必须能够在高工资国家中生产！”

图2  EDAG公司展示了其第二代铝合金空间框架结构的车身

EDAG公司的研发人员认为，目前的汽车行业个性化需求越来越旺盛，汽车生产商需要生产多样化的车型，甚至满足定制车型的需求。为了达到这一要求，EDAG公司扩展了自己开发的下一代空间框架车身方案（NextGen Spaceframe 2.0），如图2所示。而衡量车身方案优劣的标准则是“能够以最有效的生产工具和成本优化的生产方式生产汽车。”NextGen Spaceframe 2.0这一项目的合作伙伴包括：Constellium公司、西门子工业软件公司、北方激光中心、Concept Laser公司、BLM集团公司、3M公司以及KW Automotive公司。

利用增材制造技术生产的、具有仿生节点的结构件恰恰是能够满足这种多样性的模块化构件。这一方案的重点就是结构件的连接技术，如图3所示。Martin Hillebrecht先生在谈到最终的研发成果时说道：“我们的研发人员付出了大量的时间与精力，开发出了多变形的，而且不使用工装夹具的连接技术。”这种连接技术是基于插接连接形态，用粘结剂固定。利用这种连接技术将铝合金多腔型材连接到一起，以便于进行焊接。 和上文戴姆勒公司的Thomas Behr先生一样，这位来自EDAG公司的Martin Hillebrecht先生也认为要“减少开发过程中的接口”。从设计方案到CAE直至生产制造的技术可行性分析，这些过程都必须用数字化技术连接起来。

图3  增材制造工艺技术生产的连接节点

未来的工厂和EOS公司的Next-GenAM技术

对金属零部件增材制造设备的生产厂家而言，汽车工业目前是排名第三的客户，仅次于航空航天工业和医疗器械工业。在汽车制造行业，除了小批量的零部件生产以外，3D打印技术正在越来越多地应用在各种工艺装备中来。 增材制造设备生产厂家们看到了汽车工业有大批量零部件增材制造的巨大需求，并推动着相关技术不断前进。例如，EOS公司就与戴姆勒公司和航空航天领域的供应商Premium Aerotec公司合作，开发一种增材制造的批量化生产设备。这家位于下萨克森州法勒尔（Varel）的公司已经从2017年年中开始这一设备的研发。这一研发项目被定名为“Next-GenAM”，目的是为大批量生产过程中使用3D打印生产金属零部件奠定基础。

AM增材制造技术的核心是EOS公司研发的四激光烧结系统。这一系统能够自动化地完成上下料，这一物料无人输送系统是Grenzbach公司的产品。主要设备由Georg Fischer机床公司生产制造，可以完成进一步的加工任务，与此同时也同样有自动化上下料装置。 EOS公司业务开发经理Fabian Kraus先生为未来的AM增材制造设定的目标是：“我们认为每年生产7万~10万个零件是切合实际的。”增材制造设备的用户也可以从性能越来越高的增材制造设备、从越来越高的生产效率中受益。

另外，用户也可以从越来越多地使用更加物美价廉的标准金属粉末中受益。 但是，AM增材制造的零件成本仍然很高。因此3D打印技术必须能够提供更加明显的好处或者更加有用的附加功能。例如，EOS公司利用增材制造技术生产的汽车零件，包括驱动轴和散热器。 在法兰克福举办的Formnext国际精密成型和3D打印制造展览会上，通过AM增材制造技术生产的金属零件颇受关注。在实际应用领域，大众汽车已经开始在保险杠生产中使用利用金属粉末激光烧结工艺技术，并应用到了开迪车型上。 由于增材制造技术为汽车零部件的设计带来了更大的自由度，例如可以优化汽车进气结构的设计，从而减轻整车重量。还有就是风窗玻璃清洗液的存储罐可以整合到汽车车身结构中，凡此种种，不一而足。目前所知，采用这一项目的公司有Altair公司、Airbus Apworks公司、CSI开发技术公司、EOS公司、Gerg公司和Heraeus公司。