3D打印技術在汽車設計中的運用與發展分析

姚層林

摘要： 計算機技術和移動通信技術的快速發展，使得3D打印技術也迎來了發展的春天。汽車行業是影響我國社會經濟發展的重要產業，設計是汽車行業發展的基礎，將3D打印技術應用到汽車設計領域能夠有效解決汽車設計的技術問題。為此，文章在闡述3D打印技術內涵和特點的基礎上，具體分析3D打印技術在混合動力車、打印賽車、打印發動機等汽車設計領域的應用問題進行探究，并立足現狀展望3D打印技術在汽車設計領域的應用。

Abstract： The rapid development of computer technology and mobile communication technology， makes the development of 3D printing technology also ushered in the spring Auto industry is important industry of our country's social and economic development， the design is the basis for the development of automobile industry， the applications of 3D printing technology to automobile design field can effectively solve the problem of car design technology. Therefore， on the basis of elaborating the connotation and characteristics of 3D printing technology， this paper specifically analyzes the application of 3D printing technology in the field of automobile design such as hybrid car printing， racing car printing and engine printing， and looks into the application of 3D printing technology in the field of automobile design based on the current situation.

關鍵詞： 3D打印技術;汽車設計;應用現狀;應用展望

Key words： 3D printing technology;automobile design;application status;application prospect

中圖分類號：U466? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?   ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）20-0195-02

0? 引言

在計算機數字網絡化普及的背景下，機械零部件、電子零部件開始以更加高的質量、更加低的成本、更多元的樣式實現了多樣化發展，在一時間，3D打印技術也得到了快速的發展，在汽車零部件的加工制造領域被廣泛應用。同時，在“制造2025”計劃提出之后，汽車行業的輕量化、智能化發展問題得到了人們的普遍關注，這也成為未來汽車設計領域的發展趨勢。國家的進步、人們生活水平的提升，也加大了社會范圍內各個領域群體對汽車的需求，汽車設計優化問題被提上日程。為了能夠更好的做好汽車設計工作，文章就3D打印技術在汽車設計中的應用問題進行探究。

1? 3D打印技術概述

3D打印技術也被稱作是增材制造，主要是在數字化技術支持下來對規則或者不規則三維化、立體化固體物品處理加工所展現的能力。通過高效率的處理加工會讓物體快速成型。從應用本質上來看，3D打印技術是依托計算機技術所開發設計出的一種輔助性軟件，在這個輔助性軟件的作用下會對特定加工模型實施數字化切片處理，由此將實體模型加工改變為數字模型，為相關人員的工作開展提供支持。

不僅如此，3D打印技術還能夠將不同形態的金屬粉或者可塑性較強的材料分層次深加工、疊加處理，最終會打造出一個立體化的固態形物體。在完成打印操作之后還需要做好后期的處理工作，如固態化處理、打磨處理、維護修理、抽離處理等。

3D打印技術的基本實施工藝表現如下：光固化成型SLA、熔融層積成型FDM、三維粉末粘接3DP、聚合物噴射Polyjet、選擇性激光燒結SLS、選擇性熔化成型SLM、分層實體成型LOM。在具體實施操作的時候每個類型都有對應的優缺點，其中，SLA成型速度較快、成型精準度較高，但是設備的購入成本比較高;FDM成型材料類型多，強度高，尺寸大，但是成型時間比較長，精準度不高。

3D打印技術的應用特點具體表現如下：第一，技術集成度高，在生產加工的時候能夠縮短產品的開發周期。在3D打印技術的支持下能夠將設計和制造融合在一起，通過優化設計方案能夠設計出更高水平的樣品，從而使得最終生產出來的產品滿足消費者的需要。第二，制造柔性較高。在3D打印技術的支持下僅僅通過CAD技術就實現對產品的反復修改和優化，并在這個過程中節省產品設計的時間消耗。第三，可視化程度高。在3D打印技術的支持下能夠將創意設計轉變為三維、立體化模型，從而實現產品的可視化設計，解決以往產品設計透明度低的問題。

2? 3D打印技術在汽車設計中的運用

3D打印技術適合應用在汽車造型設計、汽車研發設計以及汽車的小批量生產加工，如汽車油泥模型的開發、車身內外部裝飾零部件的開發，如通過使用SLA、SLS、Polyjet等能夠使得汽車的運行速度、基本造型尺寸和外在形體滿足規范的標準要求，經過一系列的加工整個汽車外形加工精準度、顏色、光潔度等都會提升;通過使用SLS、FDM等能夠增強汽車零部件的耐化學性能、機械性能、光學性能，由此會使得的加工設計更加滿足規范的標準;通過使用SLS、FDM等能夠提升汽車的機械性能、老化性能，從而更好的提升汽車設備的穩定性、耐久性。

2.1 3D打印技術在混合動力車設計中的應用

在世界范圍內，3D打印技術最早應用在混合動力車中的是Urbee。從設計構成上來看，Urbee是以電池和汽油作為混合動力燃料的三輪、雙座混合動力汽車。在3D打印技術的支持下，該汽車具備其他片狀金屬材料所不具備的靈活性、可塑性。

在汽車設計的時候設計團隊會利用最新的Autodesk軟件來對Urbee車身實施數字建模處理，之后根據汽車的三視圖尺寸來打造出油泥模型，而后將油泥模型數據掃描錄入到CAD軟件中。

玻璃纖維是汽車設計的主要材料，被廣泛應用在汽車玻璃鋼罩、擋泥板、車頂以及汽車制造模具上。在確定好材料之后，選擇熔覆工藝和CAD加工技術打造出動力機車模型。在綜合考慮汽車設計零部件的基礎上將原材料切割成圓形橫截面，之后將其擠壓成絲狀，送入到帶有粘合劑的3D打印機噴頭中。在設備的運作下會將材料加工到最為精細的程度。

2.2 3D打印技術在賽車設計中的應用

基于3D打印技術設計出來的賽車僅僅需要消耗三周的設計時間，且在短暫設計時間范圍內，賽車僅僅需要四秒鐘就能夠將運行速度從零的狀態提升到96公里到141公里。為了能夠實現對賽車外部構造的一次性澆筑成型處理，設計者需要在考慮傳統車體零部件設計的基礎上注重強化扣鉤、接頭對車身的連接，在具體設計的時候需要在汽車的左側面的撒熱片、擴散器的后面打印出一個噴嘴，在噴嘴的作用下確保理想氣流順利穿過。另外，在造型設計層面，3D打印技術會將鯊魚皮質材料應用到車身的紋理加工設計中，由此會使得整個車輛的車身設計十分具備沖擊力。在3D打印技術的支持下還會通過一系列先進的科學技術來減少車輛運行的碳元素排放，實現賽車設計的低碳環保發展。

2.3 3D打印技術在發動機設計中的應用

奧迪RSQ是德國庫卡公司工業機器人使用3D打印技術加工制造出來的車輛，整個車輛的發動機充分使用了3D打印技術的SLS成型工藝。全景前擋風玻璃能夠實現無縫銜接，在加工設計的時候會從前部一直延伸到車頂的后部，由此會為駕駛人員以及乘客提供一個十分廣闊的乘車體驗。不僅如此，在3D打印技術的支持下具備科技感的球體車輪會進一步顯示出較強的視覺沖擊性。

3? 3D打印技術在汽車行業未來發展應用中的應用

3.1 突破傳統意義上汽車的造型設計

在3D技術的支持下，汽車外形將會迎來更深入的探索，一些比較復雜、夸張的汽車外形設計方案將會擁有實現的可能。比如在3D打印技術的支持下相關人員會對汽車設計的前后方案圖進行綜合比對分析，而后從中選擇最適合的方案。

同時，利用3D打印技術還能夠實現對汽車外形的三維立體化設計，并將設計結果打印出來，最終驗證汽車造型設計的合理性、美觀性。比如概念飛行器采取一體成型汽車骨架設計理念，基于這樣的設計要求如果仍然采用傳統的汽車設計方式將會加大汽車的設計生產難度。將3D打印技術應用其中能夠將復雜的設計結構簡化處理，在汽車行業設計的時候能夠對各個細節問題進行深入的分析和改良。在未來，利用計算機工程軟件還能夠對設計圖紙進實施精準的校對分析，從而能夠更為全面的了解汽車的設計比例和各個零部件的協調問題，減少汽車投產后的維修操作。在3D打印技術的支持下能夠對汽車初期設計方案實施綜合比對，比對分析之后打造出三維立體化模型，完成對模型材質、色彩方案的綜合模擬。

3.2 復雜形態和結構的汽車內飾裝飾設計

汽車外觀造型設流程也深刻影響汽車的投產，將3D打印技術引入其中能夠優化汽車外部造型設計，實現外部色彩、材料、模型的綜合匹配。同時，在技術的支持下還能夠實現各個復雜零部件裝配的靈活性設計，最終會解決汽車內飾設計的復雜性問題，實現汽車外在模型的精準化設計。

3.3 物質編輯器構成未來的汽車機器人設計

物質編輯器實現的前提是3D打印技術和計算機技術、人工智能結合在一起。在人工智能技術的作用下會獲取人類的需求信息，之后對這些信息進行數字化語言翻譯。

物質編輯器作為一種獨有的計算機算法編程會根據用戶的需要來生成滿足其需求的設計方案，這些方案的設計會滿足3D打印機材料和自身屬性，將設計好的方案轉變為現實。物質編輯器在汽車領域的應用會使得汽車行業不再是運輸貨物的工具，而是可以作為人類社會進步發展的智能機器人存在于人們的生活中。在未來，用戶可以使用物質編譯器輸入自己對汽車設計的要求，汽車設計領域的數據信息也會實現更加精準化的發展，客戶會根據自己的需要來進行汽車的設計，由此在這個過程中會解決汽車設計的時間消耗。

3.4 軌道智能分層的汽車內飾設計

伴隨汽車市場的細分化發展，汽車的功能進一步完善，各個類型的汽車出現在人們的實際生活中。為了能夠更好的增強人們對汽車的使用體驗，在汽車設計領域人們開始引入3D技術，在3D技術的支持下會對汽車的內部結構進行打印，由此會使得汽車內部墻體形成一定的空腔結構，在這個結構中會用來安置汽車內部的服務設備，打造出內外壁一體化的設計模型，在汽車設計領域突破以往的設計局限，優化汽車的設計加工。

4? 結束語

綜上所述，從3D打印技術在汽車領域的應用我們可以發現，在短暫的幾年內，不管是汽車零部件加工制造工藝，還是汽車外形精加工都開始呈現出精細化發展。在3D技術的支持下相信能夠更好的激發汽車設計者的設計積極性，在汽車設計領域充分凸顯出汽車的設計優勢。

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