3D打印技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用

摘 要：3D打印技術(shù)的產(chǎn)生與汽車發(fā)展相輔相成，3D打印技術(shù)在汽車零部件生產(chǎn)中的應(yīng)用可以有效地促進(jìn)汽車制造業(yè)的發(fā)展，本文重點(diǎn)分析研究3D打印技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：3D打印;增材制造;汽車制造

1 3D打印技術(shù)概述

3D打印技術(shù)是一種快速成型技術(shù)，在應(yīng)用中可利用金屬粉末、陶瓷、塑膠等材質(zhì)進(jìn)行數(shù)字模型的組件逐層疊加，最終使材料成型，尤其是一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)的物品，輔以3D打印技術(shù)，可縮短制造周期，降低成本具。3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)如下：

（1）縮短研發(fā)周期。3D打印技術(shù)在應(yīng)用中不需要事先制造模具就能對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行生產(chǎn)，可以提高生產(chǎn)效益，縮短研發(fā)周期。

（2）節(jié)約企業(yè)生產(chǎn)成本。3D打印技術(shù)使用的是增材加工，生產(chǎn)過程中不會(huì)造成原料的浪費(fèi)，可直接塑形，還可大幅度節(jié)約成本。

（3）簡(jiǎn)便生產(chǎn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。3D打印技術(shù)可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行建模，這樣可將所需的物品通過3D建模的方式直接設(shè)計(jì)出來，對(duì)于一些復(fù)雜的零件可以利用3D打印技術(shù)進(jìn)行小批量的生產(chǎn)，將生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化。

3D打印技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是也有一定的缺點(diǎn)，比如說在生產(chǎn)的過程中單個(gè)零部件的生產(chǎn)成本較高，在加工時(shí)精度也無法與傳統(tǒng)工藝相比，尤其是在材料的強(qiáng)度和剛度方面無法達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的需求，這就導(dǎo)致3D打印技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)生一定的局限性。

2 3D打印技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)生產(chǎn)中的應(yīng)用分析

在設(shè)計(jì)研發(fā)過程中，3D打印的應(yīng)用可以完成驗(yàn)證零件發(fā)設(shè)計(jì)和造型，并且對(duì)零部件進(jìn)行評(píng)審，可大幅度節(jié)省制造成本和研發(fā)周期。在進(jìn)行工程樣車裝配時(shí)，往往會(huì)因?yàn)閭€(gè)別零件無法趕上裝配進(jìn)度，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)受到影響，此時(shí)為達(dá)到試驗(yàn)的要求，就可以通過打印相應(yīng)的零件進(jìn)行裝車。但因?yàn)?D打印零件強(qiáng)度稍弱，還要注意對(duì)零件進(jìn)行加厚或增加加強(qiáng)筋的處理，以符合需求。在平臺(tái)樣車裝配的過程中，要對(duì)一些內(nèi)外飾零件或風(fēng)道進(jìn)行變更。通常我們即在原有零件的基礎(chǔ)上完成切割、粘接等工作，但難免會(huì)出現(xiàn)漏風(fēng)、露鈑金等現(xiàn)象，對(duì)試驗(yàn)員的體驗(yàn)和整車的美觀產(chǎn)生影響。在操作的過程中可以根據(jù)更改后的車身數(shù)據(jù)，通過3D打印，完成小批量非正式的護(hù)板類零件的制作工作。

3 3D打印技術(shù)在汽車零件生產(chǎn)制造中的應(yīng)用

當(dāng)前3D打印技術(shù)已經(jīng)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，下面對(duì)3D打印技術(shù)在汽車零件生產(chǎn)制造中的應(yīng)用進(jìn)行具體分析。

（1）柴油發(fā)動(dòng)機(jī)支架。汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)是其動(dòng)力來源，對(duì)汽車的性能有著決定性的影響，依照發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的不同可以分成電動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)、汽油機(jī)等多種，當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)制造商開始逐步將3D打印技術(shù)應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)制造方面，主要是通過選擇性激光融化3D打印技術(shù)來進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)零部件和的生產(chǎn)，以及使用選擇性激光燒結(jié)3D打印技術(shù)進(jìn)行覆膜工藝當(dāng)中的熔模制造。與此同時(shí)，相關(guān)企業(yè)還使用激光融化3D打印技術(shù)進(jìn)行輕量化柴油發(fā)動(dòng)機(jī)支架的生產(chǎn)。

（2）高效能熱交換器。在汽車零部件當(dāng)中，熱交換器應(yīng)用非常普遍起作用，主要是把熱量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從熱流體變成冷流體，常見的有機(jī)油冷卻器、水箱散熱器等，而3D打印技術(shù)能夠使生產(chǎn)難度較高的熱交換器得以快速生產(chǎn)，而且生產(chǎn)的質(zhì)量高，性能好。澳大利亞的Conflux Technology公司就通過選擇性激光融化3D打印技術(shù)，嘗試在汽車熱交換器制造當(dāng)中進(jìn)行應(yīng)用，通過3D打印完成了金屬材質(zhì)熱交換器的生產(chǎn)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

（3）輕量化汽車座椅。為了保證汽車座椅在碰撞或急剎車的過程中能夠幫為客戶起到保護(hù)的作用，汽車座椅需要進(jìn)行厚重的設(shè)計(jì)，然而這種設(shè)計(jì)在控制汽車散熱性以及滿足汽車輕量化要求方面產(chǎn)生了一定的影響，而豐田公司針對(duì)該問題，進(jìn)一步改變了座椅的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了一款輕量化的3D打印汽車座椅，這種汽車座椅的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)過程中將其轉(zhuǎn)為sml3d打印文件進(jìn)行3D打印。首先使用Mimics軟件來進(jìn)行座椅承重密度的優(yōu)化設(shè)計(jì)，接著通過3-matic軟件進(jìn)行球體的設(shè)計(jì)，讓駕駛員的舒適感增加，將額外的邊緣消除。另外在支架位置設(shè)計(jì)了一個(gè)彈性梁，這樣可以讓座椅的重力更低，并且使用鏤空設(shè)計(jì)，更方便散熱，讓駕駛員的舒適感增加。這一座椅由于設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，如果使用傳統(tǒng)工藝進(jìn)行生產(chǎn)可以會(huì)耗費(fèi)大量的材料，而且生產(chǎn)難度較大，而通過3D打印技術(shù)和拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，可以快速地將這一結(jié)構(gòu)的座椅制造出來再生產(chǎn)時(shí)，大量的節(jié)省材料。

4 3D打印技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用趨勢(shì)分析

當(dāng)前3D打印技術(shù)盡管初具成型，還有很多不完善之處，因?yàn)?d材料具有較高的要求，對(duì)3D打印技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)生了一定的限制，但是隨著技術(shù)的快速發(fā)展3D打印技術(shù)，逐步開始向成熟化方向發(fā)展，為汽車制造業(yè)提供了新的方向。在后續(xù)發(fā)展的過程中，汽車制造行業(yè)會(huì)進(jìn)一步探索如何對(duì)3D打印技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，依賴程度也會(huì)進(jìn)一步增加，由于各零部件在生產(chǎn)設(shè)計(jì)的過程中都可以利用3D打印技術(shù)來進(jìn)行操作，不需要更換材料，這樣就可以在汽車制造過程中融入更豐富的設(shè)計(jì)元素，轉(zhuǎn)變?cè)衅嚰庸ぜ夹g(shù)。在汽車制造方面的限制，從汽車制造行業(yè)的角度出發(fā)，進(jìn)行零部件加工是非常重要的。如果全部使用3D打印技術(shù)，可以快速地縮短生產(chǎn)周期，提升汽車設(shè)計(jì)的質(zhì)量，在幫助企業(yè)發(fā)展靈活，應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。

具體分析當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)，可以發(fā)現(xiàn)3D打印技術(shù)會(huì)進(jìn)一步與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)相融合。在發(fā)展的過程中產(chǎn)生新一輪的革命，通過計(jì)算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、3d打印等技術(shù)可以快速地進(jìn)行汽車的生產(chǎn)制造在實(shí)際運(yùn)行過程中只需要設(shè)計(jì)方案進(jìn)行構(gòu)思就可以了，這樣可以讓設(shè)計(jì)缺陷造成的損失降到最低。由于計(jì)算機(jī)人工智能和3D打印機(jī)的結(jié)合可以快速的擬定設(shè)計(jì)方案，并且對(duì)方案的可行性進(jìn)行驗(yàn)證。這種模式逐步完善，可以快速推動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展。

5 結(jié)束語

很多企業(yè)逐步將3D打印技術(shù)融入到汽車制造當(dāng)中，可以讓汽車生產(chǎn)的周期大幅度縮短，另外也可以幫助汽車制造行業(yè)整體的生產(chǎn)水平提高，降低生產(chǎn)成本。在后續(xù)發(fā)展過程中，3D打印技術(shù)會(huì)逐步取代傳統(tǒng)加工技術(shù)，為汽車制造提供更大的動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐貴峰，姜雪艷，仲穎鑫.3D打印技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用[J]. 汽車制造業(yè)，2019，000（003）：51-52.

基金項(xiàng)目：常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)課題（ZY1901），2019年

作者簡(jiǎn)介：譚錚（1980-），男，土家族，湖南常德人，本科，講師，研究方向：機(jī)械制造。