越来越多的人相信，除非出现“颠覆性技术”，否则没有哪个公司能打破被“巨头”把持的动力电池行业竞争格局。
来自美国初创公司6K Energy（以下简称6K）的CEO亚伦·本特（Aaron Bent）认为，3D打印这种“颠覆性技术”是改变该行业（被亚洲供应商控制）的唯一方法。
这家公司在上个月刚刚获得一笔超过1亿美金的D轮融资，成为新晋独角兽。本特称，6K获得的大额融资，表明投资机构正在继续涌入动力电池赛道。
中国的3D打印企业“交大高能”的创始人王世明表示，中国的中小电池制造商和车企，也在关注3D打印可能给行业带来的变化。中国的3D打印电池产业比海外晚了大约一两年。“6K等公司已经结束中试阶段了（大规模量产前的较小规模试验），即将量产”。
1、1年获得超2亿美元融资
官网显示，6K是一家3D打印材料研发商，并拥有一种名为“UniMelt系统”的微波等离子生产工艺，能够以快速、环保的形式生产电池材料。
如果这种工艺应用于电池阴极材料制作，能够减少90%的用水量，能耗和温室气体排放量也能减少三分之二以上。
这种技术除了适用于生产电动车的电池，也能应用于半导体等需要先进材料领域。
但投资者更感兴趣的是其在动力电池领域的应用潜力。
2021年9月，6K公司获得5100万美元C轮融资，以支持其电池开发中心建设。
上个月获得的超过1亿美元D轮融资，是6K计划获得的两笔资金中的第一笔，第二笔融资还将引入战略投资者，全部完成后融资总额将达到1.5亿美元。
投资机构Volta Energy Technologies 的首席投资官Zander Arkin表示，6K已经准备好通过改变电池供应链，来影响电动汽车电池的先进制造材料。
这家机构领投了6K公司的C轮融资。
6K的CEO亚伦·本特认为，6K的机会在于，一方面未来10年锂电池市场将会增长10倍，另一方面美国本土没有锂电池材料生产商，“这对国家安全和行业都是一个问题”。
他还强调，得益于3D打印技术，6K是唯一一家能以低于亚洲（生产商）的成本生产电池材料的公司。
“这种颠覆性技术是改变这个行业唯一可行的方法”。
按照计划，6K将于今年8月开设其耗资3000万美金的电池中心，推进第一个产能规划为10-20 GWh电池阴极工厂的选址，并于2024年初投产。
除了6K之外，其他一些初创公司也在推进3D打印电池技术的商业化。
去年底，来自瑞士的“黑石科技”（Blackstone Technology）表示，将用3D打印技术制造锂电池。
这家公司已经在德国建立了一个工厂，以及一条生产线。
“黑石科技”的3D增材工艺，可以生产电池的电极，以及锂电池的隔膜，并获得更好的成本和性能优势。
这家公司的3D打印电池采用了环保的纯水工艺，废料减少一半，与传统生产方式相比可节省高达70%的资本支出（设备等）。
官方称，3D打印可以把电池能量密度提升20%，而且可以根据车企的需求，灵活调整电池尺寸。
另外，黑石科技还能把生产过程能耗降低23%。
现在，黑石还打算通过3D打印制造钠电池，最早在2025年推向市场。
3D打印在固态电池领域的潜力也开始涌现。
2021年8月，总部位于美国硅谷的初创企业Sakuu Corporation表示，其已经开始建设锂金属固态电池生产试验线。
Sakuu采用3D打印形式生产锂金属固态电池。
这家公司表示，与传统锂离子电池相比，3D打印固态电池体积减小了一半，重量也减少三分之二。
Sakuu的目标是在2023年实现超过1200Wh/Kg的能量密度。
如果这一数据成为现实，将是宁德时代最新发布的“麒麟”电池能量密度（255Wh/kg）的近5倍。
另外，英国3D打印机和材料制造商Photocentric也在推进3D打印电池业务，目前正在研究通过3D打印制造电极材料。
这意味着，这些3D打印电池企业已经接近工业化大规模部署这种新技术的阶段。
2、车企应用案例
汽车行业需要利用3D打印技术的具体优势来提升产品设计，然而要想将3D打印用于具体的汽车零部件生产，需要突破的一大挑战是经济性。目前，用于3D打印的汽车零部件大多数是小批量的十几个，要增加到汽车行业普遍所需要的高达100万的产量，3D打印必须要突破经济性的障碍。
下面将通过介绍3D打印技术在大众、福特、宝马等企业的最新应用进展，来探究3D打印技术在新能源汽车领域的应用现状和发展趋势。
l）大众
大众在2019年就发布了将在大众汽车上使用惠普金属3D打印技术的计划，首先是进行大规模定制和装饰部件的制造，并尽快将惠普的HP metal Jet金属3D打印的结构部件集成到下一代车辆中，并着眼于不断增加的部件尺寸和技术要求。
大众的目标是每年制造5～10万个足球大小尺寸的零件，这些零件可能包括变速杆和后视镜支架等。增材制造因其在轻量化方面的优势而在不断增长的电动汽车生产领域中获得部署。目前，大众成立了加州创新与工程中心（IECC），推出了一款集成 3D 打印的独特概念车，并很快宣布与 GKN 和惠普一起在HP metal Jet上生产了 10000 个金属零件。正是这一里程碑为大众与惠普继续合作，并为大众的3D打印结构部件集成到其下一代汽车中铺平了道路。
金属粘结剂喷射3D打印技术将推动大众制造中3D打印技术迈向成熟，从而使该技术具有成本效益。为了利用粘结剂喷射的优势，大众正在扩大与惠普的合作伙伴关系，以布局更多产能，并引入西门子为该技术提供专门的软件。
通过西门子的自动化和软件解决方案，大众将能够更快、更灵活、使用更少的资源来开发和生产零部件。到目前为止，使用粘结剂喷射制造的第一批汽车零部件已送往大众的奥斯纳布吕克工厂进行认证。该零件用于大众T-Roc敞篷车的 A 柱，据相关资料显示，其重量是由钢板制成的传统部件的一半。
2）福特
福特在2021年宣布，计划在规模化汽车制造中采用3D打印技术。福特之前在3D打印技术方面取得了一定程度的成功，不过当时仅涉及较低的产量。但福特现在的技术远不止于小批量的3D打印生产应用，其正在开发的3D打印零部件将用于福特“非常受欢迎的车型”的全面生产。
福特用于粘结剂喷射金属3D打印的粉末是Al6061，而成功将铝应用于汽车零部件3D打印生产的意义是重大的：从传统制造工艺到3D打印工艺的转变将通过简化设计来减轻重量、节省空间、提高零部件性能，以及节省成本和时间。
针对3D打印下一代电动机，福特还与蒂森克虏伯、亚琛工业大学组成联盟开始了一项研究，以开发下一代电动汽车灵活、可持续的生产工艺。目前，开发的项目名称是HaPiPro2，指的是发夹技术。发夹绕组是电动机领域中的一项新技术，矩形铜棒代替了缠绕的铜线。该过程比传统的绕线电动机更易于自动化，并且在汽车领域特别受欢迎，因为它可以大大缩短制造时间。
电动汽车的电动机定子绕组的开发通常是众所周知的瓶颈，经典的圆线绕组有许多限制：铜导体、绕组工艺与槽口几何形状必须匹配；彼此缠绕的导体形成牢固的图案；此外，圆形导线（经典的导体形状）在几何形状上与梯形凹槽的配合不佳，结果每个凹槽都被铜填充了一半，从而形成了空隙。相对较小的导体横截面可确保较大的电热损耗。
3D打印几乎无需模具就可以避免这种开发障碍。由于传统的生产涉及复杂的弯曲和焊接过程，所以3D打印带来的时间节省，尤其是在所谓的发夹绕组上得到了回报。
让铜的填充率更高，3D打印在这方面具备独特的优势。目前，市场上熟知的L-PBF选区激光金属熔化3D打印，以及粘结剂喷射金属3D打印，均是最为主要的应用技术。
通过3D打印电动机铜线圈绕组，改变一百多年来的电动机线圈设计思路。传统工艺的铜丝或者铜片，在狭小的电动机定子、转子空间内很难展现最优设计，而3D打印将带来一定的改变。
3）宝马
宝马于2019年3月在慕尼黑举行了IDAM联合项目启动会议，旨在为增材制造业进入汽车系列生产铺平道路。IDAM的目标是推动“汽车领域增材制造（AM）技术的工业化和数字化”。IDAM的目标是建立两条试验线，一条在GKN的波恩工厂，另一条在宝马集团的慕尼黑工厂。IDAM团队促使增材制造技术向符合特定要求的方向发展，以生产质量一致的零部件以及基于特定组件的个别备品备件。目标是每年采用3D打印技术制造至少50000个批量生产的零部件和10000多个备品备件。IDAM生产线包含一个开放式体系结构，可适用于任何LPBF系统（选区激光金属熔融3D打印技术）。
2020年，宝马投资1500万欧元（超1亿元人民币）的慕尼黑3D打印工厂正式启动，这奠定了宝马集团在汽车行业增材制造技术领域的领先地位。
在德国IDAM计划支持下，宝马慕尼黑的3D打印工厂还建设了模块化和几乎完全自动化的3D打印生产线。该生产线涵盖了从数字化设计到零部件3D打印制造再到后处理的整个过程。由于生产线的模块化结构，必要时可以升级换代，所以各个模块可以适应不同的生产要求，还可以灵活地控制工艺步骤。通过综合考虑融入汽车生产线的要求，项目合作伙伴将流程链中的手工部分从目前的约35%减少为不到5%。与此同时，3D打印金属零部件的单位成本减半。
以上案例说明，目前很多新设计尽管还没有进入产业化，仍处于初始阶段，但如果制造企业不尽早做出准备，并进行备品备件及原型的创新，从创新思维的设计入手，那么这些企业将被其他企业超越，并会很快发现自己已经处于竞争劣势。
3、3D打印将彻底颠覆电池业
近期内3D 打印电池的进步表明，未来可能会出现更便宜、能量密度更高的电池，这些电池可以根据应用和形状进行定制。
3D打印电池的想法并不是全新的，实际上是由哈佛大学 Jennifer A. Lewis 领导的团队于 2013 年提出的。他们创造了一个定制的打印机和特殊的阳极和阴极墨水来生产锂离子电池，但它只有一粒砂子那么大。
3D打印电池技术发展至今，不仅在“大局”上有不同之处，在最小的微米和纳米级别上也有所不同。在纳米级别，3D打印技术对电池电极的结构产生了很大影响，这就是能量密度增加的原因。长期以来，“多孔”电极可以提高能量密度，而增材制造非常适合该工艺，这意味着电极中的材料可以构建成三维点阵晶格结构。
晶格结构可以为材料内部的电解质有效传输提供通道，就锂离子电池而言，具有多孔结构的电极可以带来更高的充电容量，这种结构允许锂穿透电极体积，导致非常高的电极利用率，从而具有更高的能量存储容量。在普通电池中，总电极体积的30%～50%未被利用，通过使用 3D 打印克服了这个问题。此外，通过创建微晶格电极结构，允许锂通过整个电极有效传输，这也提高了电池充电率。点阵晶格意味着电极有更多的暴露表面积，从而带来更高效的电池。
目前，市场上黑石技术的3D打印工艺具有明显的优势，包括显著降低成本，提高电池尺寸的生产灵活性，以及使能量密度提高20%。3D打印使得电池架构可以实现复杂几何形状，这是朝着电化学能量存储的几何优化配置迈出的重要一步。研究人员估计，这项技术将在两三年内实现工业应用。
结束语
总体来说，3D打印将为汽车的结构件、电动机、电池制造等方面带来一定程度的改变。3D打印技术进入到产业化领域的局限性包括速度、成形尺寸、成本、质量一致性等。未来，3D打印技术的发展将突破当前局限，迈向更高的速度、更好的过程控制，以及更适合的材料应用。随着3D打印技术的快速发展，其为新能源汽车制造带来的改变将更加令人耳目一新。
