3D打印技術在汽車行業的應用研究

東鑫淵　杜傳祥

摘 要：隨著國內外汽車行業競爭的日趨激烈，如何提高汽車生產效率、降低生產成本、設計制造更具個性吸引力的外觀，是能否占領汽車市場關鍵。在這樣的背景下，由于3D打印技術無需模具制造、高速高效的產品開發等，在航空航天，機械制造等多領域得到廣泛應用。因此，3D打印技術應用在汽車設計、生產制造、甚至維修等各方面，替代傳統汽車行業，是所有汽車企業未來發展重點。

關鍵詞：3D打印技術；汽車行業；設計制造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.190

3D打印技術近幾年在我國得到飛速發展，涉及航空航天、軍事裝備，甚至生活中必需品，這項技術是推進我國從“中國制造”向“中國智造”轉型發展的關鍵。但是，相對于其他領域，3D打印在汽車行業發展速度比較緩慢，僅處于起步階段。近幾年汽車保有量飛速增長，國內外汽車企業將我國看作世界第一市場，汽車企業競爭日趨激烈。因此，想獲取較大汽車市場，就必須在汽車技術、外觀、成本控制等方面領先，而3D技術其獨特優勢非常適合汽車產業甚至包括汽車零部件及維修方面的應用。

1 3D打印技術概述

1.1 基本概念及原理

3D打印技術又名增材制造，屬于一種快速成型技術，是一個使任何形狀的三維固體物品通過數字模型得以快速實現的過程。3D打印的實質是通過計算機輔助設計軟件，將某種特定的加工樣式進行數字切片編輯，生成一個數字化的模型文件，然后按照模型圖的尺寸以特定添加劑作為粘合材料，運用3D打印機將液態、粉末態等固體金屬粉或可塑性高的物質分層加工、疊加成型使原料將這些薄型層面逐層熔融增加，從而“打印”出真實而立體的固態物體。打印完成后還需將3D模型進行后處理，如剝離、固化、打磨、后期修整等。這個過程相對傳統制作過程周期大大縮短，且后期多余松散的粉末原材料可以循環利用。

1.2 技術特點及局限性

復雜物品低成本制造。運用傳統制造方法，物品造型結構越復雜，成本越高。而3D打印無需模具和機械設備，可實現小批量、個性化私人訂制，有利于產品開發創新。3D打印無需傳統制造加工中繁雜的工序，減少因設計頻繁更改而造成的工序翻工和累加損失，其產品開發周期短。傳統機械設備受多種因素制約，生產產品種類受限，3D打印無需機械設備，可實現設計師與用戶間的個性化服務。傳統金屬加工，會使大多金屬原料廢棄，3D打印可將余料回收利用，消除了復雜流水線，提高資源生產效率，有利于綠色環保。

但是，3D打印原材料研發是制約3D打印發展的關鍵因素。3D打印機生產產品精度差，使產品性能與傳統生產方式相比有一定差距。面對未來低門檻的3D技術，任何人都可以制造想要的產品，甚至危害社會的危險品，會造成社會治安問題，且會造成大量盜版和復制藝術品，危害知識產權。

2 3D打印技術在汽車行業應用

2.1 在生產領域應用

2010年世界首款3D打印汽車在美國問世，它是一款以電池和汽油作為燃料的三輪混合動力汽車。整車的零件打印耗時2500h，工人僅需把所有零件組裝起來，生產周期遠快于傳統汽車生產，生產中無需模具、機械設備和流水線。在更新換代車型時，設計師僅需調整相關3D模型，改變相應參數，就可以得到新款車型，這是傳統汽車生產不可能做到的。3D打印應用在汽車外觀造型上可以擺脫私人訂制的高端奢侈，也可讓設計師的想象力不再受傳統機械制造工藝制約，任何天馬行空的概念都能實現[3]。

2.2 在零部件生產應用

汽車零部件樣件開發量很大，傳統樣件開發周期無法滿足現代汽車快速發展需求。3D打印不但可在開發周期上縮短40%，也可使成本降低20%。特別是隨著技術發展，零部件形狀結構越來越復雜，導致模具開發生產難度加大，3D打印技術可以很好的克服這個問題。并且在材料方面不局限于樹脂或工程塑料，金屬材質也可以很快速成形。目前，國內已有很多企業通過3D打印技術生產氣缸、變速器齒輪等常用零部件。

2.3 在維修領域應用

3D打印對汽車維修技術、備件庫存帶來很大影響。對于緊缺無庫存零部件更換維修時，開發相關模具浪費大，成本高，時間長。技術人員可通過3D打印直接修復傷口或打印出緊缺零部件，延長關鍵結構的壽命。當大型不易移動的野外作業機械發生故障，可以攜帶3D打印機到現場維修。此外，汽車維修中經常使用特殊工具或品牌專用工具，某些工具需求量少，購買困難。3D打印可以直接解決這個問題。

3 3D打印技術在汽車行業發展探索

3D打印將為汽車行業注入新鮮血液。獨立設計品牌和設計全民化將引領汽車行業發展。從工業設計角度將3D打印與汽車外觀造型及內飾設計相結合，采用新思路新方法，使美學的多元化及設計師天馬行空的理念發揮到極致，突破傳統汽車仿形法設計的單一模式。在汽車的制造業中，零部件設計生產，材料應用是3D打印技術在汽車行業中發展的關鍵。從市場和發展前景來看，這項技術在短時間內不可能取代傳統汽車生產，主要由于3D技術的局限性所致。根據全球3D打印在汽車行業應用報告顯示，到2015年每年都以26.2%的速率增長，各大汽車企業都致力于將該技術與傳統汽車生產相結合，更適合未來工業生產需求。隨著智能制造的進一步發展，3D打印也將被推向更高層面，替代傳統汽車行業。

4 結束語

本文對3D打印技術在汽車行業應用進行研究，并對其未來發展進行展望。對于中國自主品牌車企而言，提升技術前瞻能力，3D打印應用就要得到大力發展，這也是汽車行業發展的大方向，是自主品牌發展創新的一個全新載體，甚至關系到汽車行業的震裂重構。從目前看來，3D打印應用在汽車行業仍處于萌芽階段，還不具備規模生產條件，但這項技術一旦在某個節點上得到突破，將大大提高制造業生產效率，直接影響汽車企業的市場生命力。

參考文獻：

[1]趙婧.3D打印技術在汽車設計中的應用研究與前景展望[D].山西：太原理工大學，2011.

[2]王菊霞.3D打印技術在汽車制造與維修領域應用研究[D].吉林大學，2014.

[3]程美.3D打印技術及其在汽車制造業中的創新應用[J].模具制造，2014（08）：79-81.