3D打印技術在汽車制造中的應用

摘 要：3D打印技術的產生與汽車發展相輔相成，3D打印技術在汽車零部件生產中的應用可以有效地促進汽車制造業的發展，本文重點分析研究3D打印技術在汽車制造中的應用，以供參考。

關鍵詞：3D打印;增材制造;汽車制造

1 3D打印技術概述

3D打印技術是一種快速成型技術，在應用中可利用金屬粉末、陶瓷、塑膠等材質進行數字模型的組件逐層疊加，最終使材料成型，尤其是一些復雜結構的物品，輔以3D打印技術，可縮短制造周期，降低成本具。3D打印技術的優勢如下：

（1）縮短研發周期。3D打印技術在應用中不需要事先制造模具就能對復雜的結構進行生產，可以提高生產效益，縮短研發周期。

（2）節約企業生產成本。3D打印技術使用的是增材加工，生產過程中不會造成原料的浪費，可直接塑形，還可大幅度節約成本。

（3）簡便生產復雜結構的產品。3D打印技術可以利用計算機進行建模，這樣可將所需的物品通過3D建模的方式直接設計出來，對于一些復雜的零件可以利用3D打印技術進行小批量的生產，將生產工藝簡化。

3D打印技術具有很多優點，但是也有一定的缺點，比如說在生產的過程中單個零部件的生產成本較高，在加工時精度也無法與傳統工藝相比，尤其是在材料的強度和剛度方面無法達到工業生產的需求，這就導致3D打印技術的應用產生一定的局限性。

2 3D打印技術在汽車設計生產中的應用分析

在設計研發過程中，3D打印的應用可以完成驗證零件發設計和造型，并且對零部件進行評審，可大幅度節省制造成本和研發周期。在進行工程樣車裝配時，往往會因為個別零件無法趕上裝配進度，導致實驗受到影響，此時為達到試驗的要求，就可以通過打印相應的零件進行裝車。但因為3D打印零件強度稍弱，還要注意對零件進行加厚或增加加強筋的處理，以符合需求。在平臺樣車裝配的過程中，要對一些內外飾零件或風道進行變更。通常我們即在原有零件的基礎上完成切割、粘接等工作，但難免會出現漏風、露鈑金等現象，對試驗員的體驗和整車的美觀產生影響。在操作的過程中可以根據更改后的車身數據，通過3D打印，完成小批量非正式的護板類零件的制作工作。

3 3D打印技術在汽車零件生產制造中的應用

當前3D打印技術已經得到了長足的發展，下面對3D打印技術在汽車零件生產制造中的應用進行具體分析。

（1）柴油發動機支架。汽車的發動機是其動力來源，對汽車的性能有著決定性的影響，依照發動機燃料的不同可以分成電動機、柴油機、汽油機等多種，當前發動機制造商開始逐步將3D打印技術應用于發動機制造方面，主要是通過選擇性激光融化3D打印技術來進行發動機零部件和的生產，以及使用選擇性激光燒結3D打印技術進行覆膜工藝當中的熔模制造。與此同時，相關企業還使用激光融化3D打印技術進行輕量化柴油發動機支架的生產。

（2）高效能熱交換器。在汽車零部件當中，熱交換器應用非常普遍起作用，主要是把熱量進行轉換，從熱流體變成冷流體，常見的有機油冷卻器、水箱散熱器等，而3D打印技術能夠使生產難度較高的熱交換器得以快速生產，而且生產的質量高，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，嘗試在汽車熱交換器制造當中進行應用，通過3D打印完成了金屬材質熱交換器的生產，具有很強的實用性。

（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的作用，汽車座椅需要進行厚重的設計，然而這種設計在控制汽車散熱性以及滿足汽車輕量化要求方面產生了一定的影響，而豐田公司針對該問題，進一步改變了座椅的設計，設計了一款輕量化的3D打印汽車座椅，這種汽車座椅的拓撲結構較為復雜，設計過程中將其轉為sml3d打印文件進行3D打印。首先使用Mimics軟件來進行座椅承重密度的優化設計，接著通過3-matic軟件進行球體的設計，讓駕駛員的舒適感增加，將額外的邊緣消除。另外在支架位置設計了一個彈性梁，這樣可以讓座椅的重力更低，并且使用鏤空設計，更方便散熱，讓駕駛員的舒適感增加。這一座椅由于設計非常復雜，如果使用傳統工藝進行生產可以會耗費大量的材料，而且生產難度較大，而通過3D打印技術和拓撲優化設計，可以快速地將這一結構的座椅制造出來再生產時，大量的節省材料。

4 3D打印技術在汽車制造中的應用趨勢分析

當前3D打印技術盡管初具成型，還有很多不完善之處，因為3d材料具有較高的要求，對3D打印技術的應用產生了一定的限制，但是隨著技術的快速發展3D打印技術，逐步開始向成熟化方向發展，為汽車制造業提供了新的方向。在后續發展的過程中，汽車制造行業會進一步探索如何對3D打印技術進行應用，依賴程度也會進一步增加，由于各零部件在生產設計的過程中都可以利用3D打印技術來進行操作，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計元素，轉變原有汽車加工技術。在汽車制造方面的限制，從汽車制造行業的角度出發，進行零部件加工是非常重要的。如果全部使用3D打印技術，可以快速地縮短生產周期，提升汽車設計的質量，在幫助企業發展靈活，應對市場需求方面具有很大的優勢。

具體分析當前的發展趨勢，可以發現3D打印技術會進一步與人工智能、物聯網等技術相融合。在發展的過程中產生新一輪的革命，通過計算機、物聯網、人工智能、3d打印等技術可以快速地進行汽車的生產制造在實際運行過程中只需要設計方案進行構思就可以了，這樣可以讓設計缺陷造成的損失降到最低。由于計算機人工智能和3D打印機的結合可以快速的擬定設計方案，并且對方案的可行性進行驗證。這種模式逐步完善，可以快速推動汽車行業的發展。

5 結束語

很多企業逐步將3D打印技術融入到汽車制造當中，可以讓汽車生產的周期大幅度縮短，另外也可以幫助汽車制造行業整體的生產水平提高，降低生產成本。在后續發展過程中，3D打印技術會逐步取代傳統加工技術，為汽車制造提供更大的動力。

參考文獻：

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

基金項目：常德職業技術學院院級課題（ZY1901），2019年

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