3D打印技術在汽車造型設計中的應用研究

摘 要：3D打印技術作為一種新興技術，目前在航天部件，汽車零件，醫學材料等領域都有著很廣泛的應用。3D打印技術的產品制作周期短，能進行個性化設計等特點相對于傳統制造工業來講具有很大的優勢。本文通過3D打印技術中的一種技術——FDM熔融層積成型技術，通過UG NX10.0建模軟件建立數字模型，運用3D打印機打印數字模型研究3D打印技術在汽車造型設計開發中的應用。將3D打印技術與汽車制造行業結合，使之更好的為汽車開發設計服務。

關鍵詞：3D打印技術；汽車設計；數字模型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.108

1 概述

1.1 3D打印技術

相比與傳統的減少材料制造工藝，3D打印技術是一種增加材料的制造工藝，屬于一種快速成型的新興技術。通過在制圖軟件中做出三維數字模型，導入到3D打印機打印成型軟件中。打印機識別數字模型后，打印機根據模型各部分的截面形狀使用塑料，金屬等材料進行分層打印，最終打印出實體模型。3D打印技術的出現也為各個行業提供的新的發展方向[1]。

1.2 FDM打印技術

FDM打印技術是通過將打印機噴頭加熱到一定溫度，將打印材料如ABS，PLA等塑性固體材料融化成熔融狀態并從噴嘴中擠出，3D打印機成型軟件對模型分層處理后擠出材料形成模型中每個層片模型的形狀，一層完成后，打印機工作臺高度下降，完成下一個層片的圖形，依次累加，最后打印出整個實體模型。其工作原理圖如圖 1所示[2]。

1.3 3D打印技術在汽車造型設計中的應用

在傳統的汽車造型制作過程當中，設計師需要先畫出汽車車身的整體圖形，然后依照繪出的圖紙做出油泥模型。在制作過程中，要進行油泥的涂敷，模型粗刮和精刮及后續的調整，而其中又要考慮到油泥涂敷的質量對模型的影響，還要根據數據進行多次的測量和修正。其生產周期和成本都大大的增加了。而3D打印技術能夠對汽車進行整體的設計，通過所需的數據對汽車模型進行調整和優化處理。打印出復雜且基本符合要求的汽車模型，充分展示出汽車的造型細節[3]。整個過程所需的時間短，并可依照打印的模型進行有效的產品評估，減少企業在研發汽車過程中的成本和時間。

2 基于3D打印技術（FDM）的汽車模型制作

2.1 三維建模

使用UG10.0三維軟件制作汽車模型，制作出的模型如圖2所示。

UG畫出的圖形是prt格式，需要轉換成stl格式，然后導入到3D打印機軟件中。

2.2 模型分層

將轉好格式的stl文件導入到3D打印軟件中。調整模型的大小比例，方向，如圖3所示。進行模型的分層，如圖4所示。

本文選用的為ModelWizard 三維打印成型軟件。

2.3 3D打印機設備及模型參數的確定

本文采用的的是太爾時代Inspire S系列3D打印機，成型空間為：160*210*260mm（長*寬*高），打印材料為PLA塑性材料，模型分層160層，層片厚度0.15mm，噴頭溫度220℃，成型室溫度70℃。

2.4 模型打印

將stl格式的文件導入到ModelWizard 三維打印成型軟件中，進行分層處理，打印機讀取打印數據，開始逐層打印，打出整個實體模型。打印完之后，需對模型進行去除支撐材料，打磨，拋光等處理，最終實體模型如圖5所示。

3 不同參數下的打印模型

3.1 不同溫度下打印的實體模型

成型室溫度為80℃時實體模型如圖6所示，成型室溫度為70℃時實體模型圖7所示。

3.2 不同打印路徑下的實體模型

以模型底面為初始層的實體模型如圖8所示，以模型側平面為初始層的實體模型如圖9所示。

可以看出在不同的打印參數下，打印模型的效果也有著很大的差別。

4 結束語

本文通過運用3D打印技術中的熔融層積成型技術打印出的汽車模型實例，探索了3D打印技術在汽車造型設計中的應用，證明了3D打印技術在汽車造型設計中確實具有實質性的作用。相對于傳統的汽車車身制造技術來說能夠減少前期產品制作的周期與生產成本，提高生產效率，但在打印時，應注意打印參數對打印實體模型的影響，需優化打印參數，提高打印的效果。

參考文獻：

[1]郭日陽.3D打印技術及產業前景[J].自動化儀表，2015（03）：5-8.

[2]龔運息.基于SLA和FDM的3D打印發動機風扇工藝與性能分析[J].制造技術與機床，2015（11）：111-115.

[3]沈衛東，林芳.3D打印技術在汽車研發中的應用[J].汽車工程師，2016（03）：17-21.

作者簡介：周濤（1995-），男，湖南懷化人，本科在讀，研究方向：車輛工程。endprint