3D打印技術(shù)在汽車造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

摘 要：3D打印技術(shù)作為一種新興技術(shù)，目前在航天部件，汽車零件，醫(yī)學(xué)材料等領(lǐng)域都有著很廣泛的應(yīng)用。3D打印技術(shù)的產(chǎn)品制作周期短，能進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)等特點(diǎn)相對(duì)于傳統(tǒng)制造工業(yè)來(lái)講具有很大的優(yōu)勢(shì)。本文通過(guò)3D打印技術(shù)中的一種技術(shù)——FDM熔融層積成型技術(shù)，通過(guò)UG NX10.0建模軟件建立數(shù)字模型，運(yùn)用3D打印機(jī)打印數(shù)字模型研究3D打印技術(shù)在汽車造型設(shè)計(jì)開發(fā)中的應(yīng)用。將3D打印技術(shù)與汽車制造行業(yè)結(jié)合，使之更好的為汽車開發(fā)設(shè)計(jì)服務(wù)。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；汽車設(shè)計(jì)；數(shù)字模型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.108

1 概述

1.1 3D打印技術(shù)

相比與傳統(tǒng)的減少材料制造工藝，3D打印技術(shù)是一種增加材料的制造工藝，屬于一種快速成型的新興技術(shù)。通過(guò)在制圖軟件中做出三維數(shù)字模型，導(dǎo)入到3D打印機(jī)打印成型軟件中。打印機(jī)識(shí)別數(shù)字模型后，打印機(jī)根據(jù)模型各部分的截面形狀使用塑料，金屬等材料進(jìn)行分層打印，最終打印出實(shí)體模型。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)也為各個(gè)行業(yè)提供的新的發(fā)展方向[1]。

1.2 FDM打印技術(shù)

FDM打印技術(shù)是通過(guò)將打印機(jī)噴頭加熱到一定溫度，將打印材料如ABS，PLA等塑性固體材料融化成熔融狀態(tài)并從噴嘴中擠出，3D打印機(jī)成型軟件對(duì)模型分層處理后擠出材料形成模型中每個(gè)層片模型的形狀，一層完成后，打印機(jī)工作臺(tái)高度下降，完成下一個(gè)層片的圖形，依次累加，最后打印出整個(gè)實(shí)體模型。其工作原理圖如圖 1所示[2]。

1.3 3D打印技術(shù)在汽車造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的汽車造型制作過(guò)程當(dāng)中，設(shè)計(jì)師需要先畫出汽車車身的整體圖形，然后依照繪出的圖紙做出油泥模型。在制作過(guò)程中，要進(jìn)行油泥的涂敷，模型粗刮和精刮及后續(xù)的調(diào)整，而其中又要考慮到油泥涂敷的質(zhì)量對(duì)模型的影響，還要根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行多次的測(cè)量和修正。其生產(chǎn)周期和成本都大大的增加了。而3D打印技術(shù)能夠?qū)ζ囘M(jìn)行整體的設(shè)計(jì)，通過(guò)所需的數(shù)據(jù)對(duì)汽車模型進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化處理。打印出復(fù)雜且基本符合要求的汽車模型，充分展示出汽車的造型細(xì)節(jié)[3]。整個(gè)過(guò)程所需的時(shí)間短，并可依照打印的模型進(jìn)行有效的產(chǎn)品評(píng)估，減少企業(yè)在研發(fā)汽車過(guò)程中的成本和時(shí)間。

2 基于3D打印技術(shù)（FDM）的汽車模型制作

2.1 三維建模

使用UG10.0三維軟件制作汽車模型，制作出的模型如圖2所示。

UG畫出的圖形是prt格式，需要轉(zhuǎn)換成stl格式，然后導(dǎo)入到3D打印機(jī)軟件中。

2.2 模型分層

將轉(zhuǎn)好格式的stl文件導(dǎo)入到3D打印軟件中。調(diào)整模型的大小比例，方向，如圖3所示。進(jìn)行模型的分層，如圖4所示。

本文選用的為ModelWizard 三維打印成型軟件。

2.3 3D打印機(jī)設(shè)備及模型參數(shù)的確定

本文采用的的是太爾時(shí)代Inspire S系列3D打印機(jī)，成型空間為：160*210*260mm（長(zhǎng)*寬*高），打印材料為PLA塑性材料，模型分層160層，層片厚度0.15mm，噴頭溫度220℃，成型室溫度70℃。

2.4 模型打印

將stl格式的文件導(dǎo)入到ModelWizard 三維打印成型軟件中，進(jìn)行分層處理，打印機(jī)讀取打印數(shù)據(jù)，開始逐層打印，打出整個(gè)實(shí)體模型。打印完之后，需對(duì)模型進(jìn)行去除支撐材料，打磨，拋光等處理，最終實(shí)體模型如圖5所示。

3 不同參數(shù)下的打印模型

3.1 不同溫度下打印的實(shí)體模型

成型室溫度為80℃時(shí)實(shí)體模型如圖6所示，成型室溫度為70℃時(shí)實(shí)體模型圖7所示。

3.2 不同打印路徑下的實(shí)體模型

以模型底面為初始層的實(shí)體模型如圖8所示，以模型側(cè)平面為初始層的實(shí)體模型如圖9所示。

可以看出在不同的打印參數(shù)下，打印模型的效果也有著很大的差別。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)運(yùn)用3D打印技術(shù)中的熔融層積成型技術(shù)打印出的汽車模型實(shí)例，探索了3D打印技術(shù)在汽車造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，證明了3D打印技術(shù)在汽車造型設(shè)計(jì)中確實(shí)具有實(shí)質(zhì)性的作用。相對(duì)于傳統(tǒng)的汽車車身制造技術(shù)來(lái)說(shuō)能夠減少前期產(chǎn)品制作的周期與生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，但在打印時(shí)，應(yīng)注意打印參數(shù)對(duì)打印實(shí)體模型的影響，需優(yōu)化打印參數(shù)，提高打印的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭日陽(yáng).3D打印技術(shù)及產(chǎn)業(yè)前景[J].自動(dòng)化儀表，2015（03）：5-8.

[2]龔運(yùn)息.基于SLA和FDM的3D打印發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇工藝與性能分析[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2015（11）：111-115.

[3]沈衛(wèi)東，林芳.3D打印技術(shù)在汽車研發(fā)中的應(yīng)用[J].汽車工程師，2016（03）：17-21.

作者簡(jiǎn)介：周濤（1995-），男，湖南懷化人，本科在讀，研究方向：車輛工程。endprint