3D打印技術(shù)在汽車制造與維修領(lǐng)域應(yīng)用研究

陳林芳

摘 要： 3D 打印技術(shù)作為一項(xiàng)新興的科學(xué)技術(shù)，其誕生于第三次工業(yè)革命。3D 打印技術(shù)綜合了目前各個(gè)產(chǎn)業(yè)的尖端技術(shù)，其中包括信息技術(shù)，材料科學(xué)，計(jì)算機(jī)技術(shù)等等。并且隨著人們對(duì)于3D 打印技術(shù)的需求不斷加大，3D 打印技術(shù)也逐步地走向了成熟，這使得其在各個(gè)領(lǐng)域可以發(fā)揮作用。本論文主要探討了3D 打印技術(shù)在汽車制造與維修領(lǐng)域的應(yīng)用，并對(duì)其進(jìn)行綜合分析。

關(guān)鍵詞：3D 打印技術(shù) 汽車制造 維修 應(yīng)用研究

3D 打印技術(shù)目前已經(jīng)越來越成熟，并且已經(jīng)應(yīng)用于相當(dāng)多的領(lǐng)域中，例如汽車工業(yè)，航空航天，醫(yī)療，建筑等等各個(gè)領(lǐng)域中。3D打印技術(shù)主要是依賴于計(jì)算機(jī)技術(shù)與新型的材料科學(xué)技術(shù)。其主要工作原理是利用計(jì)算機(jī)建立一個(gè)三維的模型，并使用特定的易成形的材料，例如粉末狀的金屬，高分子材料，各類高聚物等等來對(duì)計(jì)算機(jī)所建立的數(shù)字模型進(jìn)行打印，將數(shù)字模型實(shí)體化。通常人們會(huì)使用3D 打印技術(shù)來對(duì)模具，細(xì)小零部件等這類工藝要求復(fù)雜，形狀不常見，精度要求較高的物品進(jìn)行打印。3D 打印技術(shù)充分的連接了計(jì)算機(jī)技術(shù)，材料科學(xué)技術(shù)與各類實(shí)體行業(yè)，使得這些行業(yè)都可以享受第三次工業(yè)革命的發(fā)展成果，這可以有效地帶動(dòng)行業(yè)的發(fā)展。

1 3D 打印汽車零部件的優(yōu)勢(shì)所在

使用3D 打印技術(shù)來制造汽車零部件相對(duì)于傳統(tǒng)的零部件制造業(yè)來說，具有許多的優(yōu)勢(shì)。由于3D 打印技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行研發(fā)的，其主要使用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行數(shù)字模型的建立，相較于傳統(tǒng)的制造業(yè)的使用實(shí)體模具的方法具有設(shè)計(jì)周期較短，模具尺寸設(shè)計(jì)精確，可行性驗(yàn)證非常容易且可操作性較高等等優(yōu)勢(shì)。并且傳統(tǒng)的汽車零部件制造業(yè)對(duì)于模具的制造需要經(jīng)歷一個(gè)非常復(fù)雜的周期，普通汽車零部件制造企業(yè)對(duì)于一個(gè)模具的研發(fā)，制造到投入使用往往需要經(jīng)過三個(gè)月以上的時(shí)間。這對(duì)于制造企業(yè)來說意味著需要耗費(fèi)大量的人力、物力，并會(huì)在其中產(chǎn)生大量的資源浪費(fèi)，這不利于零部件制造企業(yè)的發(fā)展。但是，3D 打印不需要如此復(fù)雜的周期，通常是在計(jì)算機(jī)上對(duì)模具進(jìn)行研究和驗(yàn)證，得到各種可行的數(shù)字模型，最后用3D 打印機(jī)直接將零件成型，無需定制夾具、刀具等。一般來說3D 打印從研發(fā)到生產(chǎn)只需要耗費(fèi)六天左右，因此3D 打印技術(shù)制造汽車零部件具有更高的效率。并且隨著材料科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的材料經(jīng)過改性已經(jīng)可以使其用作3D 打印中。在3D 打印技術(shù)剛誕生之初所使用的材料往往只局限于高分子類的高聚物材料，例如樹脂、塑料等等，而這些材料往往無法運(yùn)用在許多制造行業(yè)中。隨著科學(xué)家們的不斷研究，目前已經(jīng)研發(fā)出金屬粉末材料，使得金屬材料也可以通過3D 打印技術(shù)來進(jìn)行生產(chǎn)，并且在打印周期上與所使用的樹脂，塑料等材料并無太大區(qū)別，因此對(duì)于汽車零部件的制造有很重要的意義。通過3D 打印所打印得到的產(chǎn)品相較于傳統(tǒng)制造業(yè)所制造得到的零件，具有精度較高，力學(xué)性能較穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。因此3D 打印對(duì)于汽車零部件制造與維修具有非常重要的意義。

2 3d 打印技術(shù)在汽車制造工作的具體應(yīng)用

2.1 各類零件的制造

3D 打印技術(shù)常常被應(yīng)用于汽車制造時(shí)各類零部件的制造。由于汽車的構(gòu)成較為復(fù)雜，其中所含有的零部件種類非常多，因此在對(duì)汽車零部件制造時(shí)，可以用到3D 打印技術(shù)。如果汽車制造企業(yè)使用傳統(tǒng)的汽車制造方法來進(jìn)行零件的生產(chǎn)，那么對(duì)于每一個(gè)零件都需要對(duì)其進(jìn)行相當(dāng)大的成本投入，企業(yè)往往需要為其制作相應(yīng)的模具，并與之相匹配的夾具、刀具等等，同時(shí)還要對(duì)不同的零件進(jìn)行可行性操作的驗(yàn)證，對(duì)于汽車制造企業(yè)來說，無疑是一筆巨大的投入。同時(shí)傳統(tǒng)的汽車制造方法對(duì)于零件的精確程度沒有很高的保證，許多零件被制作出來后其公差范圍較大，次品率較高，零件故障率也較大，這對(duì)于汽車制造業(yè)的發(fā)展極為不利。而3D 打印技術(shù)所生產(chǎn)的零件則較為精細(xì)，力學(xué)性能也較為可靠。并且在處理一些突發(fā)狀況時(shí)，3D 打印技術(shù)有著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，例如在汽車制造時(shí)，某一些零件出現(xiàn)意外問題，此時(shí)就可以使用3D 打印技術(shù)來進(jìn)行緊急的修復(fù)，3D 打印技術(shù)相較于傳統(tǒng)的制造技術(shù)，其生產(chǎn)周期非常短，并且可以使用加急打印，可以在短時(shí)間內(nèi)解決意外產(chǎn)生的問題。這可以減少企業(yè)為了應(yīng)對(duì)突發(fā)情況所準(zhǔn)備的庫(kù)存零件，可以在一定程度上增加企業(yè)的資金流通程度，促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展。

2.2 復(fù)雜模具的更高效、便捷的制造

3D 打印應(yīng)用于汽車制造業(yè)中還有一個(gè)非常重要的作用，就是制作復(fù)雜模具。隨著汽車制造業(yè)的發(fā)展，制造工業(yè)水平的提高，汽車的零部件中出現(xiàn)了許多具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)且較為精細(xì)的零件，這些零件由于極其復(fù)雜，因此其模具很難通過簡(jiǎn)單的一體成型的方法制作完成。在傳統(tǒng)的汽車制造業(yè)中，制造這些復(fù)雜的模具往往需要用到拼接，鑲嵌等各類復(fù)雜的技術(shù)。這極大地提高了模具的制造成本與時(shí)間投入，同時(shí)也降低了模具的精確性與模具各項(xiàng)力學(xué)參數(shù)，對(duì)于模具的抗疲勞能力有很不利的影響。而3D 打印技術(shù)可以將模具一體成型，不再需要拼接等方式來制造模具，3D 打印技術(shù)中選取激光燒結(jié)技術(shù)可以直接制作模具，這對(duì)于汽車制造企業(yè)控制模具投入成本有著極其重大的意義。同時(shí)3D 打印技術(shù)所制造的復(fù)雜模具精確度很高，力學(xué)性質(zhì)非常的穩(wěn)定，這對(duì)于模具的實(shí)用性有很大的提升。因此使用3D 打印技術(shù)來進(jìn)行復(fù)雜模具的制造，對(duì)于汽車制造企業(yè)來說，有著極其重大的意義，其也可以有效地促進(jìn)汽車制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，加速汽車制造企業(yè)的發(fā)展速度。

2.3 實(shí)現(xiàn)輕量化零件的更有效制造

隨著相關(guān)部門推出的綠色發(fā)展的理念，汽車制造行業(yè)也需要積極的響應(yīng)部門號(hào)召。因此汽車制造業(yè)需要降低汽車的自重來減少能源的消耗以及污染產(chǎn)物的排放。降低汽車的自重主要是通過制造輕量化的零件來實(shí)現(xiàn)，而輕量化零件的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)具有許多的問題，如何在保證零件力學(xué)性能穩(wěn)定的情況下降低零件的自重是傳統(tǒng)汽車零件制造行業(yè)所遇到的一個(gè)巨大的問題。而使用3D 打印技術(shù)可以很好地解決這一問題3D 打印技術(shù)可以在確保了零件力學(xué)性能的情況下，有效地制作出輕量化零件。例如Fortus900mc 生產(chǎn)型的3D 打印機(jī)就可以生產(chǎn)出比同等質(zhì)量黏土還要輕的且可以保證力學(xué)性能的零件。這為汽車行業(yè)響應(yīng)可持續(xù)化發(fā)展提供了技術(shù)保障。

3 3D 打印技術(shù)在汽車維修中的應(yīng)用

3.1 3D 打印技術(shù)在零部件維修工作中的應(yīng)用

在目前的汽車維修行業(yè)中普遍存在著以下幾個(gè)問題，首先對(duì)于一些老舊車型的零件庫(kù)存不足，許多有些年份的車型或是已經(jīng)絕版的車型在維修時(shí)，常常會(huì)碰到?jīng)]有零件可以更換等問題，這給汽車維修行業(yè)帶來了消極的影響，也使得許多車主的維修體驗(yàn)不佳。第二，對(duì)于一些限量版的車型以及一些小眾車型，市面上所制造出來的零件數(shù)量極低，零件的儲(chǔ)備嚴(yán)重不足。由于這些小眾車型在市場(chǎng)上比較少見，因此市場(chǎng)對(duì)于這些零件的需求并不太大，如果為了較小的需求，而去單獨(dú)對(duì)零件進(jìn)行開模制造，那么對(duì)于維修行業(yè)的成本控制有著不利的影響。第三，汽車維修店與各大4S 店也會(huì)面臨著零件儲(chǔ)備不足的現(xiàn)象，零件的儲(chǔ)備需要充足的資金作為保障，如果需要足夠的可以應(yīng)付市場(chǎng)需求的零件儲(chǔ)備，那么對(duì)于4S 店、各大維修廠的資金壓力有很大的考驗(yàn)。而針對(duì)于這些問題，3D打印技術(shù)可以有效地進(jìn)行解決。各大維修店廠4S 店往往只需要保存不同零件的數(shù)字模型，并在需要時(shí)調(diào)用數(shù)字模型進(jìn)行3D 打印來制造出所需要的零件，以進(jìn)行更換維修等操作。這對(duì)于維修廠與4S 店來說，既可以減少對(duì)于零件庫(kù)存資金的投入，緩解了現(xiàn)金流壓力，也可以提高顧客的維修體驗(yàn)，使得相應(yīng)的零件可以在極短的周期內(nèi)進(jìn)行更換與使用。目前在汽車維修行業(yè)中已經(jīng)有許多零部件采用3D 打印技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，例如后視鏡，門把手，汽缸，各類齒輪等部件。因此使用3D 打印技術(shù)對(duì)于提高整個(gè)汽車維修行業(yè)的維修效率，降低各大汽車維修廠4S 店的現(xiàn)金流壓力，提高車主的維修體驗(yàn)都有很大的幫助。

3.2 3D 打印技術(shù)在維修工具中的應(yīng)用

在進(jìn)行汽車的維修中，許多具有復(fù)雜形狀的零件往往需要特定的維修工具來進(jìn)行安裝與拆卸。使用3D 打印技術(shù)則可以很好地制造出相應(yīng)的維修工具。3D 打印技術(shù)可以在電腦上針對(duì)于不同零件的尺寸與規(guī)格，對(duì)相應(yīng)的維修工具進(jìn)行精確的建模，使得其具有標(biāo)準(zhǔn)的尺寸與規(guī)格，可以完全匹配所需要進(jìn)行維修的零件。這對(duì)于汽車維修行業(yè)來說，具有非常重大的意義。

4 結(jié)語

汽車制造行業(yè)與維修行業(yè)在不斷的發(fā)展中遇到了許多實(shí)際的問題，而3D 打印技術(shù)作為一項(xiàng)新興的技術(shù)，可以有效地解決汽車制造行業(yè)與維修行業(yè)所遇到的各類問題。3D 打印技術(shù)目前已經(jīng)在汽車零部件的制造與復(fù)雜模型的制造和維修零部件與維修工具的制造中有了許多的應(yīng)用。3D 打印技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于汽車制造業(yè)與維修行業(yè)的發(fā)展有了極大的促進(jìn)作用，并給整個(gè)汽車行業(yè)的發(fā)展帶來巨大的影響。

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