3D打印技術在汽車設計中的運用與發展研究

摘要：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。

關鍵詞：3D打印技術;汽車設計;運用

1.3D打印技術的基本概述

3D打印技術又名“增材制造”，是一種非常高效快速的成型技術，在3D打印中，以數字模型文件為基礎，在“打印”中使用液態或粉態的金屬粉以及可塑性高的物質等，通過層建疊加的方式進行構造。因此，3D打印技術的本質是需要通過計算機進行相應的換算，通過高精度的程序設定將顆粒金屬或塑料進行重疊融合。由于3D打印技術借助于電腦模型，因此具有非常高的定制性，加之其物理特性，在量產以及技術成本上均存在很大的優勢。并且在進行相應的3D打印時，無需額外采購相關的設備，因此可以有效縮減場地的使用，減免部分的場地租賃費。

從宏觀意義上，對3D打印技術進行分析，打印技術分為5種，分別為“SLA”（光敏樹脂選擇性固化技術）、“SLS”（粉末材料選擇性激光燒結技術）、“FDM”（熔融沉積技術）、“3DP“（3D噴射打印技術）、“PUG”（真空注型技術）。在3D打印技術當中，以“SLS”為例，“SLS”3D打印技術與激光成型的技術類似，采用了疊加成型、分層加工的方式。在成型的區域噴灑一層膠水。膠水材料經過特制，呈現不易擴散的特點。同時在膠水噴灑完畢后，布置一層均勻的粉末，保證粉末與膠水之間的固話黏結。對于沒有膠水的區域則需保持一定的松散狀態，以便后續處理。在經過膠水、粉末相互疊加的效果下，相應的實體模型將會被打印出來。打印完畢后，對相應的模型進行后續處理，如“剝離”、“固化”、“后期修正”等。且3D打印與其他常規制造業不同，剩余原材料可以重復利用，增加整體的環保性。

2.3D打印技術在汽車設計中的運用

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。

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。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。

綜上，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。

參考文獻

[1]沈睿，褚忠，王武，景曉偉，季雯.3D打印塑料材料在汽車配件設計中的應用[J].塑料科技，2020，48（02）：157-160.

[2]高源，金騰.3D打印技術在汽車CAD課程中的應用探究[J].教育教學論壇，2020（08）：1-2.

作者簡介：

艾亮（1976.10-），性別：男，籍貫：吉林省四平市，職務：主任，職稱：副教授，學歷：研究生，研究方向：裝備制造。