轻量化的实现途径首要有三风雅面：一是材料的优化设计和应用；二是产物构造的优化设计；三是进步制造手艺的斥地应用。三者相辅相成以实现最终产物的轻量化制造，而这个中产物构造优化设计和材料的优化设计具有恢弘的研究和斥地空间。
3D 打印实现制造轻量化：从材料到构造
轻量化材料就是能够用来减轻产物自重且能够提高产物综合机能的材料。材料轻量化，指的是在知足机械机能要求的前提下，经由采用轻量化的金属和非金属材料实现重量减轻的方式。
在当前的轻量化材估中，钢铁仍然连结主导地位，但钢铁材料的比例逐年下降，铝合金、钛合金、镁合金、工程塑料、复合材料等材料比例逐渐增加。这些材料在汽车制造范畴的应用尤其普遍，我们商议的重点也在该范畴。
金属轻量化材料：铝合金
汽车上常见的合金材料大多为铝合金、镁合金。个中铝合金是现阶段应用最广、最为常见的汽车轻量化材料，曾有研究表明铝合金在整车中最多能够使用 540kg，如许的情形下汽车将减重 40%，奥迪、丰田等的全铝车身就是很好的例子。
今朝铝合金 3D 打印材料种类首要有 AlSi10Mg、AlSi7Mg、AlSi12 等，个中 AlSi10Mg 几乎占有绝对主流。针对 AlSi 系列合金的力学机能不高，无法知足高强度要求的近况，今朝斥地出的高强铝合金有空客的 Scalmalloy、英国锻造公司 Aeromet International 的 A20X、长沙新材料财富研究院的 AlMgSc 系以及姑苏倍丰的 Al250C 等。
2017 年，梅赛德斯 - 奔腾在制造业转型中迈出了主要一步：使用 3D 打印手艺生产金属部件，个中就包罗采用铸铝合金 3D 打印的奔腾卡车的恒温器。不光如斯，梅赛德斯 - 奔腾透露，该环节经由了所有严厉的质量测试。
金属轻量化材料：钛合金
钛合金的首要长处是低密度、高强度密度比和优异的耐侵蚀性，此外即使在温度升至 500 ° C 时仍能连结很高的强度。钛合金用于汽车与钢、铝合金以及镁合金比拟的首要瑕玷是成本高，但其在汽车其他方面的应器具有轻量化的潜力，可用于制造悬架弹簧、排气系统等部件。
一个典型案例是布加迪对传统的刹车盘的设计优化，其采用高强钛合金取代传统铸铝，固然材料的密度有所提高，但材料机能获得大幅提拔，合营构造设计，最终经由 3D 打印制造的卡钳重量减轻了 40%。除此之外，钛合金作为一种高强轻量化材料，在航空航天范畴具有极大的应用空间。
金属轻量化材料：镁合金
镁合金也是一种强度较大的合金材料，现阶段我们能够在汽车轮毂、聚散器等部件上看到它的身影，尽管它比铝合金更轻，但在汽车上的用量却很少，从今朝来看世界一流的汽车上镁合金用量也仅为 10kg，而自立品牌汽车镁合金用量则更少，仅为 3kg 摆布。
想要大规模的使用镁合金，还需在手艺和成本上有所冲破。关于镁合金的 3D 打印应用，今朝多见于研究，公开报道的案例非常少见。
非金属轻量化材料：碳纤维
除了合金以外，近些年汽车上也显现了一些新型轻量化材料，碳纤维就是个中之一。有研究表明，若是用强度靠得住的碳纤维替代钢材，车身、底盘的质量将下降 40%-60%，轻量化结果可见一斑。
碳纤维今朝无法直接用于 3D 打印，平日作为增加材料使用，包罗基于激光烧结的短纤增加和基于 FDM 的长纤增加两种。将碳纤维嵌入到常规材估中，能够使部件强度提拔几十倍，其强度重量比甚至跨越好多金属材料。这种制造工艺更雷同于新的材料设计，是以在轻量化方面有非常广的应用空间。
在 2015 年的托纳汽车耐力赛时代，福特采用碳纤维 3D 打印制造了赛车增压室进气歧管，部件的制造仅一周时间，从而为汽车斥地工程师供应了更多的测试、调整和完美时间。除此之外，福特车队的赛车还包含浩瀚其他的 3D 打印部件，为赛车的轻量化、快速制造供应了保障。此次竞赛，该车队也博得了冠军。
非金属轻量化材料：工程塑料
另一种轻量化的材料是工程塑料，多用于制造汽车内饰件、电器件、进气歧管、掌握面板等部件，既能够用作原型验证，也可直接制造最终功能部件。武汉萨普曾采用尼龙材料打印了 2*0.5*0.7m 的大尺寸汽车仪表盘，可匹敌高暖和高频振动，研发周期缩短了 47%，制造成本降低了 54%，并且还实现了轻量化。
特种塑料的 3D 打印市场在近年来呈现增进趋势，这不光施展在用于 3D 打印的特种材料的雄厚，还包罗打印设备、工艺以及应用的多样化。知名的特种塑料 3D 打印制造商还有 Stratasys，其针对航空航天、汽车行业斥地了专门的打印机和高机能材料，有的甚至已经获得了航空认证。
特种材料的 3D 打印区别于传统的塑料打印机，它往往需要更高的打印温度和保温情况，在设备斥地过程中往往具有必然的门槛。今朝较为知名的 FDM 品牌有 markforged、Roboze、Apium 等，国内方面有一迈智能（TCT 深圳展展位号：C17）和远铸智能（TCT 深圳展展位号：D20）等公司。这些特种材料一样包罗 PA、PEEK、PEKK 以及 PEI 等。
轻量化材料的使用必需与产物设计和制造工艺相连系，只有如许才能达到有效的目的。斥地适应轻量化材料的新工艺不光能够加快新材料在汽车上的使用，同时还能够降低材料成本，有利于扩大应用。
据汽车界人士展望，在往后十年中，汽车自身质量还将减轻 20%，除了大量采用复合材料和轻质合金外，新材料的集成制造工艺会显著降低车身部件数量，车身设计方式也将发生重大转变。
3D 打印作为一种进步的新型制造工艺之一，受到了来自汽车制造商的普遍正视，它的优势施展在增量制造所带来的材料虚耗损失的降低，以及集成制造带来的轻量化结果的大幅提拔。尽量 3D 打印可直接制造的材料仍然有限，但在轻量化材料直接制造方面似乎并未碰到太多阻力。
今朝，成熟的 3D 打印工艺和材料受到了好多汽车制造商的正视，公共、福特、宝马等汽车厂商均设立了包罗增材制造在内的进步制造中心，这无疑为汽车的轻量化制造带来了更多时机。
