3d打印技術(shù)及其對汽車行業(yè)的影響

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1、3D打印技術(shù)及其對汽車行業(yè)的影響　　摘要：與傳統(tǒng)加工方式不同，3D打印技術(shù)是一種添加制造技術(shù)，其工作原理和傳統(tǒng)加工方法也不一樣。3D打印技術(shù)常見的有七類，著重介紹了選擇性激光燒結(jié)、熔融沉積成型、直接金屬激光燒結(jié)、光敏樹脂選擇性固化工藝四種的技術(shù)說明、優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)。在汽車行業(yè)中，3D打印也有著廣泛的應(yīng)用，重點(diǎn)說明了汽車整車打印、汽車外形設(shè)計(jì)、個(gè)性化定制汽車等在汽車行業(yè)中的應(yīng)用。作為新型的加工方式，3D打印也存在很多不足之處：打印材料及其強(qiáng)度、打印機(jī)速度、打印的價(jià)格。　　關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；汽車行業(yè)；影響　　

2、與傳統(tǒng)的“去除材料”加工方法不同，被稱為“具有工業(yè)革命意義”的3D打印（3DPrinting）是一種“添加制造”（AdditiveManufacturing）技術(shù)。與傳統(tǒng)技術(shù)相反，“添加制造”技術(shù)是采用層疊方式制造零件的方法。[1]　　經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，3D打印技術(shù)已經(jīng)逐步成熟，價(jià)格有所下降，應(yīng)用在多種學(xué)科領(lǐng)域上，例如：外科醫(yī)生打印器官；產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員將設(shè)計(jì)的三維模型打印出來，做原型測試等。3D打印行業(yè)連續(xù)第二年增長達(dá)10億美元，總市值在2015年已經(jīng)接近51.65億美元。[2]　　13D打印原理　　3D打

3、印的步驟通常分為以下四步，如圖1所示。各個(gè)步驟的詳細(xì)說明如表1所示。[3]　　2常見打印方法　　常見的商品化的3D打印機(jī)有七類，其中以SLA、SLS、FDM和DMLS等四類為主[4-5]。這四類打印技術(shù)常見的信息如表2所示。根據(jù)打印零件的材料、結(jié)構(gòu)、使用條件選擇合適的打印方法。　　33D打印在汽車產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用　　3D打印具有數(shù)字制造、降維制造、堆積制造、直接制造、快速制造等特點(diǎn)[1]，在汽車領(lǐng)域有著很廣泛的應(yīng)用，本文從汽車整車打印、汽車外形設(shè)計(jì)、個(gè)性化定制汽車等方面來說明3D打印在汽車行業(yè)的應(yīng)用。　　3.

4、1汽車整車3D打印　　近些年，已有多個(gè)公司采用3D打印技術(shù)制造汽車整車。表3列舉了汽車整3D打印的歷史，3D打印廠商與汽車廠商的合作越來越緊密，這一合作勢必會(huì)推動(dòng)汽車業(yè)的發(fā)展。汽車整車打印歷史如表3所示?！　?.2汽車外形設(shè)計(jì)　　在進(jìn)行一款汽車設(shè)計(jì)的初期，需要設(shè)計(jì)汽車的外形。汽車的外形對汽車銷量有著很大的影響，在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮到美學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、汽車的車型、材料工藝、價(jià)格成本等。圖3為傳統(tǒng)汽車造型設(shè)計(jì)流程?！　≡谶@個(gè)流程中，著重介紹油泥模型。油泥模型就是在數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，用油泥、泡沫等材料做出實(shí)物來。在

5、設(shè)計(jì)前期做小比例油泥模型，設(shè)計(jì)后期做1：1的全尺寸油泥模型。全尺寸實(shí)物油泥模型，主要作用有兩個(gè)：（1）直觀展現(xiàn)出設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)，可以在實(shí)物上直接修改。在油泥模型上進(jìn)行修改是比較容易了，可以直接用刮刀調(diào)整汽車造型曲面。（2）對車身外部進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)。汽車在行駛過程中，會(huì)受到空氣阻力的作用，而且車速越大阻力越大。在設(shè)計(jì)階段做風(fēng)洞試驗(yàn)，就是模擬汽車在高速行駛的情況下，檢測受到的阻力、升力等數(shù)據(jù)，以便設(shè)計(jì)人員對車身進(jìn)行優(yōu)化。[5]　　引入3D打印后，汽車的外形設(shè)計(jì)流程大大簡化，如圖4所示?！　≡谑褂?D打印技術(shù)后，不

6、僅僅是設(shè)計(jì)流程大大簡化，更是節(jié)省了大量時(shí)間和金錢。如果車型需要修改，只需修改三維模型，打印3D樣車，新車的外形設(shè)計(jì)就可以完成。在汽車更新?lián)Q代非?？斓慕裉?，采用這種方式設(shè)計(jì)的汽車廠商，會(huì)具有更快的設(shè)計(jì)周期，更多的產(chǎn)品類型。　　3.3個(gè)性化定制汽車　　汽車在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的過程中，設(shè)計(jì)師要考慮人機(jī)工程學(xué)來設(shè)置汽車座椅高低、儀表盤布置、后視鏡大小等。人機(jī)工程學(xué)是根據(jù)大部分客戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量和統(tǒng)計(jì)的，選取最佳的設(shè)計(jì)方案，無法兼顧每個(gè)客戶的需求。每個(gè)客戶買的車都是從生產(chǎn)流水線上批量生產(chǎn)，毫無個(gè)性化可言，面對自己不喜歡或

7、者是不合適的外形、配置等只能被動(dòng)的接受。如果客戶在傳統(tǒng)生產(chǎn)方式下要求個(gè)性化，則會(huì)付出極高的經(jīng)濟(jì)代價(jià)?！　?D打印技術(shù)的出現(xiàn)，讓客戶有了個(gè)性化定制汽車的可能。消費(fèi)者可根據(jù)自身?xiàng)l件、性別、動(dòng)作習(xí)慣對廠家提出個(gè)性化要求，比如汽車外觀的改變、顏色要求、后排座椅變更、儀表盤排布等。在這種方式下，生產(chǎn)成本不會(huì)大幅提高，卻可以給客戶提供個(gè)性定制化獨(dú)一無二的汽車?！　?目前3D打印技術(shù)存在的問題　　3D打印技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)有了很大的進(jìn)步，但是在很多方面和傳統(tǒng)加工方法相比依然存在不足，有以下幾方面問題：　　4.13

8、D打印材料及其強(qiáng)度　　目前3D打印材料主流的是金屬、樹脂、塑料，其他的材料還在研究階段，需要研發(fā)出更多的材料才能在更多領(lǐng)域的大規(guī)模使用。根據(jù)所需零件的要求開發(fā)新的材料，并建立材料性能參數(shù)、打印方法、打印零件測試方法的數(shù)據(jù)庫。即便是現(xiàn)在能夠打印出一些金屬零件，但是對于有些零件要求的高強(qiáng)度高韌性金屬材料，現(xiàn)在依然存在技術(shù)難點(diǎn)?！　?D打印由于采用添加制造的制造，原材料每層之間是疊加的關(guān)系，層與層之間的連接不如傳統(tǒng)的鑄鍛焊等加工方法