3D打印在汽車零部件行業的應用研究

玉河　高燕

摘 要：隨著科技的不斷進步，3D打印技術在各行業廣泛應用，特別在汽車領域發揮著重要作用。它不僅可以縮短汽車研發周期和降低生產成本，還能減少對模具的依賴。本文將探討3D打印技術在汽車零部件行業的應用及其重要性，分析當前技術現狀，并提出實際應用策略，為該行業的發展提供經驗積累。

關鍵詞：3D 打印 汽車零部件 材料

伴隨著汽車行業的發展，在汽車工業的制造環節，零部件材料中鋁合金的使用占比逐漸增多。近年來新能源汽車得到了良好的發展，這類汽車對鋁合金材料的需求日漸提升。而汽車零部件行業的傳統的生產模式下，時間周期長、制造工序繁瑣以及材料的浪費率高。因此，汽車零部件行業需要尋求新的生產模式，從而實現智能化生產，其中可以借助3D打印技術，使零部件制造更為簡潔。我國的工業已經進入4.0時代，為了順應時代需求，汽車零部件行業需要加強3D打印技術的應用，打破以往簡單概念模型的設計，朝向零部件的制作方向發展，如進氣歧管、車燈已經汽車儀表盤等，通過3D打印技術進行樣件的制作，從而實現批量化生產，推動汽車零部件行業的發展。

1 3D打印在汽車零部件行業中的應用價值

在汽車零部件行業中，傳統的制造工藝包括零部件研發、測試等，在該階段中需要進行零件模具的制作，不僅造成時間的消耗，還提高了制造成本。當出現問題時，對零件的結構進行修改，同樣需要消耗漫長的周期。無法滿足當前時代背景下，整車的開發進度要求，很難快速的確認設計、功能、材料以及生產等。而通過3D打印技術的應用，有助于以上問題的提升，推動零部件生產效率的提升，當在測試環節出現問題后，技術人員可以通過3D文件或者更換材料的方式，開展多次測試，從而尋找到最優的制作方案。因此，不難發現，3D打印技術在汽車零部件行業的應用，有助于降低零部件的開發成本，推動效率的提升。

另外，在汽車零部件行業中，3D打印技術的應用，可以適應整車廠的設計更新需求，快速對零部件制造進行優化，加快產品概念的驗證流程。在傳統的汽車零部件開發環節中，主要采取CNC機床、手工制造的方式，其中的工藝包括切削、粘接等，零件模具的開發往往消耗大量的時間與資源。而在汽車零部件行業中借助3D打印技術，可以極大程度上減少產品設計與原型開發的時間，快速對零部件的修改設計方案進行制定。同時由于3D打印材料具有多樣性，技術人員可以從機械性能出發，選擇合適的材料。總之，伴隨著3D打印技術的發展，對汽車零部件行業帶來了深刻的影響，相較于傳統的銑削、噴涂等工藝，通過3D打印技術，可以制造出任意造型的產品，從而滿足汽車的輕量化需求，推動汽車行業的健康發展。

2 3D打印技術的現狀及工藝分析

3D打印技術，作為一種革命性的制造工藝，近年來在全球范圍內得到了廣泛的關注和應用。3D打印技術最早于20世紀80年代被提出，并在不斷的技術革新和市場推廣中逐漸發展成熟。目前，全球主要的3D打印技術包括光固化、熔融沉積、粉末燒結等多種類型，應用領域涵蓋醫療、航空航天、汽車制造、工業制造等諸多領域。在醫療領域，3D打印技術被廣泛應用于個性化醫療器械、仿生組織和器官等領域；在航空航天領域，3D打印技術被用于制造輕量化零部件，提高飛行器性能和燃油效率；在汽車制造領域，3D打印技術可用于制造汽車零部件，提高生產效率和產品質量。

在當前情況下，我國的3D打印技術應用尚處于起步階段，與西方國家相比，我國的生產制造業中3D打印技術的應用程度較低。需要著重關注材料的改進，以實現向高強度、低熔點和高耐磨性方向的研發轉變，不僅局限于傳統的鐵、鋁等材料領域。目前3D打印材料存在著種類不足、適用性差以及制作周期長等問題，3D打印技術在零件制作過程中存在著成形精度低、表面粗糙度高等問題。此外，3D打印設備價格昂貴，許多材料成本高，增加了制造成本，并且在打印過程中會產生大量粉塵，對人體造成嚴重損害。

3 3D打印在汽車零部件行業的應用

3.1 3D打印技術應用于汽車零部件研發

隨著汽車工業的發展，傳統的汽車零部件研發和制造方式面臨著越來越多的挑戰和限制。而3D打印技術作為一種快速、靈活、高效的制造方式，正在逐漸改變汽車零部件研發的格局。傳統的汽車零部件制造需要經過模具設計、制造、調試等多個環節，周期較長。而3D打印技術可以直接根據設計文件進行快速制造，無需受到傳統制造工藝的限制。汽車制造商可以根據具體需求靈活設計零部件，提高產品的性能和品質大大縮短了零部件的制造周期，顯著推動新產品的研發效率。在3D打印技術的影響下，汽車零部件流程并不需模具，有助于成本的節省，推動汽車零部件研發效果的提升。另外傳統的制動系統零部件制造復雜，需要高精度的加工工藝。而采用3D打印技術可以實現復雜結構的制造，提高零部件的性能和可靠性。其中具體的零件開發流程如圖1。

利用3DP砂型工藝，可以在汽車企業中開展柴油機缸體、渦輪殼、四缸缸體、缸蓋、排氣管、新能源汽車車架、柴油發動機進氣岐管等，這些均可以使用石英砂材料，，利用噴墨砂型打印設備打印砂模，然后再進行鑄造成型，可見圖2、圖３樣例。

3.2 優化汽車內外飾件制造

在汽車零部件的制作行業中，汽車內外飾件的設計和制造一直是一個技術含量較高的領域。隨著科技的不斷進步，特別是3D打印技術的應用，汽車內外飾件的制作迎來了新的發展機遇。在汽車零部件的制作行業中，汽車內外飾件屬于重要內容，在零部件的制作環節，開發的難度較大，其中尤其是汽車內外飾的零部件，具有極為復雜的零件結構。例如，為了實現風阻的降低，在汽車的制作環節中，需要注重形狀的多曲面光滑連接，但受到模具制造的限制，無法根據最優的曲面結構進行設計，只能通過犧牲汽車的部分性能，從而更好的滿足零件的制作要求。因此，在汽車零部件行業中，通過3D打印技術的應用，有助于相關問題的解決。通過3D打印技術，設計師可以更加靈活地創造復雜的曲面結構，滿足汽車零部件的制作要求。這種定制化的制造方式不僅能夠提高制造效率，還能夠降低制造成本，為汽車內外飾件的設計和制造帶來了全新的可能性。在選擇內外飾件的制作環節中，需要更好材料，打破樹脂、工程塑料的束縛，巧用各種材料，設計良好的汽車內外飾。根據實際的3D打印技術應用效果，汽車零部件的開發周期得到了縮減，有助于節省開發成本。基于節能減排的相關要求，汽車行業的輕量化設計需求有所提升，為了更好的借助輕量化，汽車企業需要在保險杠、車燈等外飾件進行優化。其中在汽車零部件行業中，企業可以借助3D打印技術的應用，更好的制作控制面板，縮短內外飾件的制作周期，更好的開展測試活動。汽車內飾件包括方向盤、操縱桿等，相較于傳統制作方法，通過3D打印技術的融入，有助于設計成本的減少，從而精確的還原產品形成，取得更好的效果。

3.3 3D打印技術融入汽車維修技術

3D打印技術在汽車零部件行業的應用不僅局限于設計和制造階段，同時也對維修與改裝等重要內容產生了深遠的影響。在汽車零部件行業中，維修與改裝屬于重要內容，通過3D打印技術的應用，有助于相關行業的發展。特別是在進行無庫存的零部件更換維修活動時，傳統模具開發所帶來的高成本和長時間消耗等問題一直困擾著相關行業。然而，隨著3D打印技術的應用，技術人員可以通過對拆卸下的零件進行掃描，并實現參數的修正，利用3D打印技術制作更多的零部件內容，從而提升關鍵結構的壽命，減少維修成本和時間消耗。

在進行無庫存的零部件更換維修活動中，相關模具的開發往往導致成本較高、消耗時間較長等。在汽車零部件行業中，技術人員可以通過3D打印技術，對拆卸下的零件進行掃描，實現參數的修正，借助3D打印技術，制作出更多的零部件內容，提升關鍵結構的壽命。在對進口車輛進行維修時，由于相關零部件的缺乏，進口零件所消耗的實踐較長，無法滿足用戶的需求。在汽車維修活動中，往往需要借助專用工具，但由于這些工具的需求較少，往往無法很好的購買。此外，在對進口車輛進行維修時，由于進口零部件的缺乏，獲取所需零件往往需要較長的等待時間，這無疑會影響用戶的使用體驗。而借助3D打印技術，可以快速制作出所需的零部件，滿足維修需求，縮短等待時間，提高用戶滿意度。對于一些專用工具的需求，傳統購買方式往往無法滿足因為這些工具的需求量較少。然而，通過3D打印技術，可以根據需要快速制作出專用工具，解決維修過程中的瓶頸問題，提高維修效率，降低成本。通過3D打印技術的應用，有助于以上問題的解決，從而更好的滿足汽車零部件行業的發展，解決相關問題，取得更好的行業需求。

3.4 3D打印應用到汽車零部件模具中

在當今激烈競爭的汽車行業，隨著零部件迅速更新，傳統的零部件制造工藝導致模具研發周期長、成本高，成為汽車行業發展的一大障礙。近年來，將3D打印技術應用于汽車零部件模具制造中成為解決方案，能夠快速成型模具，實現模具一體化，并優化內部結構設計與制造，推動汽車零部件的發展。其中在汽車零部件模具中，汽車發動機連桿屬于重要內容，利用3D打印技術，企業能夠快速加工成型零部件，并通過測試確保連桿的力學性能符合要求。總的來說，3D打印技術的應用不僅可以減少零部件模具的開發周期，降低生產成本，提高生產效率，還有助于構建復雜精密模具，取得更好的零件制作效果，推動產品質量的提升，為汽車零部件行業的健康發展提供保障。

3.5 3D打印在汽車材料中的應用

隨著3D打印技術的不斷發展，對新材料的研究和開發提供了新的思路和可能性。通過從材料的微觀結構出發，可以實現對材料功能的精準控制，優化傳統的材料制備工藝，從而推動汽車零部件行業的發展。在近年來的發展過程中，許多汽車零部件行業通過3D打印技術的應用，更好的進行新材料的制備，為汽車行業帶來了一系列創新。在該技術的引導下，搭建復合材料機制。例如，在當前環境下，寶馬汽車通過研發活動的開展，設計出一款可充氣的3D打印材料，其特點可以借助指令從而轉變形狀與硬度，對汽車的內飾進行優化，推動乘坐舒適性的提升。同時其他研發人員通過合作，制作出高剛度與阻尼的新型材料，該技術雖然具有金屬一樣的硬度，但同時具有較強的柔韌性，可以接受強烈的振動，使乘客獲得更好的駕駛感受，推動汽車產業的發展。另外，在當前環境下，國外的技術人員還研發出了一種具有3D微晶格結構的3D打印電池電極。這種電極結構有助于實現可控的孔隙率。通過3D打印技術的靈活應用，可以制造出復雜的3D電池架構，可以更好的進行電化學儲能配置，這為新能源汽車的發展提供了重要支持，拓展了電池融合的可能性，為汽車工業的可持續發展奠定了堅實的基礎。

4 結語

綜上所述，在信息時代的背景下，3D打印技術得到了良好的發展，將其應用于汽車零部件行業中，有助于汽車工業的發展。在當前環境下，為了順應時代需求，汽車零部件行業需要注重3D打印技術的應用，將其融入到零部件研發、內外飾件制造以及零部件模具的制作等環節。相較于傳統的汽車零部件行業，3D打印技術的應用，有助于零部件開發周期的縮短，進行更好的汽車零部件制作，保障汽車行業的長遠發展。

基金項目：2022年度廣西高校中青年教師科研基礎能力提升項目—新能源汽車用鋁合金電機零部件3D打印成型研究（2022KY1345）。

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