3D打印技術(shù)在汽車(chē)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究與前景展望

周斌

摘要：3D打印技術(shù)是計(jì)算機(jī)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化在現(xiàn)代化社會(huì)生產(chǎn)過(guò)程中廣泛普及的重要表現(xiàn)之一，而汽車(chē)行業(yè)作為一種發(fā)展?jié)摿Υ?、且適用范圍廣泛的大眾產(chǎn)業(yè)，目前其發(fā)展?fàn)顩r已經(jīng)在3D打印技術(shù)不斷融入的過(guò)程中產(chǎn)生了巨大的變化。但是從我國(guó)對(duì)3D打印技術(shù)的研究歷程來(lái)看，研究時(shí)間較短且深度不足，因此目前該技術(shù)在汽車(chē)行業(yè)中仍有很大的發(fā)展空間。本文就3D打印技術(shù)在汽車(chē)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用展開(kāi)了分析和討論，并明確指出了該行業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);汽車(chē)設(shè)計(jì);應(yīng)用分析

引言：汽車(chē)作為目前人們出行的重要交通工具之一，隨著行業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和產(chǎn)業(yè)利潤(rùn)的大幅度增加，越來(lái)越多的企業(yè)涌入到汽車(chē)生產(chǎn)和銷(xiāo)售行業(yè)內(nèi)，因此造成了當(dāng)前十分激烈的汽車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。一些大規(guī)模的汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)為了獲得更大的競(jìng)爭(zhēng)資本，但通過(guò)不斷引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)來(lái)提高企業(yè)的生產(chǎn)力和產(chǎn)品質(zhì)量，3D打印技術(shù)就是近幾年來(lái)在汽車(chē)行業(yè)中應(yīng)用非常廣泛的一種新型技術(shù)。3D打印技術(shù)在汽車(chē)行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用，不但打破了傳統(tǒng)的汽車(chē)制造模式，同時(shí)還為汽車(chē)工藝和機(jī)械零部件生產(chǎn)與造型等各方面都帶來(lái)了很大的提高。同時(shí)，汽車(chē)設(shè)計(jì)人員利用3D打印技術(shù)還能夠更好的將汽車(chē)的功能、技術(shù)與審美融為一體，并且通過(guò)設(shè)計(jì)與模型制造有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)性能的評(píng)估。由此可見(jiàn)，深入的研究3D打印技術(shù)在汽車(chē)設(shè)計(jì)工作過(guò)程中的應(yīng)用內(nèi)容，對(duì)于汽車(chē)行業(yè)的整體發(fā)展而言具有非常深遠(yuǎn)的影響意義。

1 3D打印技術(shù)簡(jiǎn)析

3D打印技術(shù)是一種能夠以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，根據(jù)打印目標(biāo)的結(jié)構(gòu)和功能選擇合適的金屬粉末、高分子材料或新型材料，并且在生產(chǎn)過(guò)程中能夠快速實(shí)現(xiàn)對(duì)物體結(jié)構(gòu)構(gòu)造的技術(shù)。因此，3D打印技術(shù)也屬于快速成型技術(shù)中的一種，在近幾年來(lái)隨著社會(huì)生產(chǎn)行業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，廣泛的應(yīng)用到很多生產(chǎn)企業(yè)當(dāng)中，用于制造具有明確的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)數(shù)量和規(guī)模都較大的零部件結(jié)構(gòu)。和傳統(tǒng)的打印機(jī)工作模式相比，3D打印技術(shù)在打印方式和材料的選擇方面進(jìn)行了很好的創(chuàng)新。首先，3D打印采用的是利用若干層材料堆疊的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)立體效果，這也是該項(xiàng)技術(shù)最顯著的特點(diǎn)之一。這種打印方式極大的降低了打印工作工序的繁瑣程度，同時(shí)設(shè)計(jì)人員還能夠通過(guò)打印出來(lái)的實(shí)體模型非常直觀、有效的檢驗(yàn)設(shè)計(jì)圖紙是否合理、規(guī)范，避免了反復(fù)設(shè)計(jì)修改而造成的材料的浪費(fèi)以及工程的延期。其次，3D打印機(jī)所使用的材料大多為金屬粉末或者其他新型材料，這些打印材料是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品模型立體化的基礎(chǔ)。在實(shí)際的生產(chǎn)和工作過(guò)程中，相關(guān)工作人員會(huì)對(duì)打印材料的規(guī)格和精細(xì)程度進(jìn)行要求，這樣通過(guò)調(diào)整材料顆粒的大小和規(guī)格就可以有效的實(shí)現(xiàn)與目標(biāo)模型的尺寸相匹配，極大地節(jié)省了打印時(shí)間、提高了工作效率。最后，相較于傳統(tǒng)的大型機(jī)械化生產(chǎn)模式，生產(chǎn)企業(yè)在應(yīng)用3D打印技術(shù)時(shí)不需要采購(gòu)和放置大型的機(jī)械設(shè)備，僅僅需要一臺(tái)3D打印機(jī)和相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件設(shè)備就可以對(duì)生產(chǎn)的過(guò)程和效果進(jìn)行有效的控制，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。同時(shí)3D打印機(jī)可以使用經(jīng)過(guò)加工的金屬?gòu)U料或生產(chǎn)余料，因此通過(guò)在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用3D打印技術(shù)不但能夠?yàn)槠髽I(yè)降低成本和工程造價(jià)，同時(shí)還達(dá)到了綠色環(huán)保的生產(chǎn)效益和社會(huì)價(jià)值。

2 3D打印技術(shù)在汽車(chē)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

2.1 3D打印技術(shù)在國(guó)內(nèi)外汽車(chē)行業(yè)中的發(fā)展歷程

3D打印技術(shù)最早應(yīng)用到汽車(chē)生產(chǎn)是發(fā)生在德國(guó)奧迪汽車(chē)生產(chǎn)公司中，那一年該公司為著名的科幻電影《機(jī)械公敵》所設(shè)計(jì)的奧迪概念車(chē)，便是通過(guò)操控工業(yè)機(jī)器人配合3D打印技術(shù)將汽車(chē)一次性成型制造出來(lái)的。該車(chē)的主體結(jié)構(gòu)和相關(guān)機(jī)械零件絕大部分都是運(yùn)用了3D打印技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的，例如在進(jìn)行該車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)時(shí)就運(yùn)用了SLS成型工藝技術(shù)，這是3D打印技術(shù)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。3D打印技術(shù)在汽車(chē)生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用不但有效地提高了汽車(chē)生產(chǎn)的效率，同時(shí)還為很多汽車(chē)功能與造型設(shè)計(jì)理念的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。例如應(yīng)用了3D打印技術(shù)生產(chǎn)出的全景前擋風(fēng)玻璃便可以真正的實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，在一些現(xiàn)代化汽車(chē)設(shè)計(jì)中，便經(jīng)常會(huì)將該種擋風(fēng)玻璃從汽車(chē)前部一直延伸到車(chē)頂?shù)暮蟛?，這種設(shè)計(jì)模式便可以給車(chē)內(nèi)的駕駛員和乘客帶來(lái)更好的駕駛體驗(yàn)。目前，汽車(chē)工業(yè)生產(chǎn)中的3D打印技術(shù)對(duì)于我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了非常重要的影響，并且隨著我國(guó)綠色生產(chǎn)和節(jié)能環(huán)保政策的提出，該技術(shù)在未來(lái)也將會(huì)得到越來(lái)越多的重視。

2.2 3D打印技術(shù)的應(yīng)用提高了汽車(chē)生產(chǎn)效率

在3D打印各項(xiàng)技術(shù)中，SLS技術(shù)是在汽車(chē)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的一種，這其中的主要原因在于工作人員運(yùn)用該技術(shù)進(jìn)行汽車(chē)零部件生產(chǎn)時(shí)，可以在一定程度上忽略產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，因此在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋、進(jìn)氣排氣管、格柵等結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的汽車(chē)零部件生產(chǎn)時(shí)，相較于傳統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程就會(huì)占據(jù)很大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于提高企業(yè)生產(chǎn)效率具有非常重要的意義。例如2012年比利時(shí)的著名工程師便利用3D打印技術(shù)僅僅花費(fèi)了8個(gè)小時(shí)，便實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)車(chē)體外殼到打印出整個(gè)車(chē)身部分這一個(gè)奇跡般的過(guò)程，而這種現(xiàn)象的產(chǎn)生便有賴(lài)于3D打印技術(shù)對(duì)于汽車(chē)生產(chǎn)效率的大幅度提高。

2.3 設(shè)計(jì)人員需要全面考慮材料的性能

3D打印技術(shù)給汽車(chē)生產(chǎn)效率帶來(lái)了很大的提高，但是與此同時(shí)其自身的發(fā)展卻受到了打印材料性能與尺寸的限制。汽車(chē)的各項(xiàng)零部件都需要在車(chē)輛運(yùn)行的過(guò)程中發(fā)揮出不同的作用，例如汽車(chē)散熱系統(tǒng)中的零件制造對(duì)于材料的抗高溫能力就有明確的要求，所以3D打印機(jī)所使用的材料能否達(dá)到汽車(chē)散熱系統(tǒng)中零件的抗高溫標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)問(wèn)題就需要汽車(chē)設(shè)計(jì)人員在工作時(shí)進(jìn)行全面的考慮才能夠有效的保證零件質(zhì)量。此外，一些具有特殊性能的材料也需要汽車(chē)設(shè)計(jì)人員提高重視，例如汽車(chē)外殼所采用的材料最好能夠降低空氣阻力或者具有較高的強(qiáng)度和硬度，這樣對(duì)于駕駛?cè)藛T而言才能夠獲得更好的駕駛體驗(yàn)和更可靠的安全保障。

3 3D打印技術(shù)在汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展前景

從當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，在未來(lái)的幾十年甚至上百年期間內(nèi)汽車(chē)仍將作為人們主要的出行交通工具，因此3D打印技術(shù)為汽車(chē)生產(chǎn)模式所帶來(lái)的巨大改變，必將吸引更多的汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)積極引進(jìn)該技術(shù)來(lái)提高自身的生產(chǎn)效率。因此3D打印技術(shù)憑借其獨(dú)特的生產(chǎn)理念和創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方式，必定可以為汽車(chē)設(shè)計(jì)師提供更加廣闊的思維空間，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)處功能更加多樣、性能更加全面的新型汽車(chē)，為人們的生活帶來(lái)更大的便捷、給出行提供更好的安全保障。但是由于3D打印技術(shù)對(duì)于材料的嚴(yán)格選擇將導(dǎo)致企業(yè)的生產(chǎn)成本相對(duì)較高，因此這也是目前難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模汽車(chē)生產(chǎn)的重要限制因素，所以如果相關(guān)的反映材料技術(shù)不能夠得到進(jìn)一步的突破和發(fā)展，那么我國(guó)的汽車(chē)行業(yè)在短時(shí)間內(nèi)仍然會(huì)以傳統(tǒng)的汽車(chē)生產(chǎn)模式作為主要的生產(chǎn)方式。但是隨著國(guó)家科技水平的不斷提高以及研究人員對(duì)于3D打印技術(shù)的深入研究，該技術(shù)的智能制造方面將會(huì)得到更加深入且全面的應(yīng)用，那么在未來(lái)也會(huì)有很大可能頂替?zhèn)鹘y(tǒng)的汽車(chē)生產(chǎn)模式作為主要生產(chǎn)方式。

結(jié)束語(yǔ)：3D打印技術(shù)在汽車(chē)行業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)一步促進(jìn)了汽車(chē)生產(chǎn)模式的變革，同時(shí)也帶來(lái)了更高的生產(chǎn)效率和更廣闊的汽車(chē)設(shè)計(jì)發(fā)展空間，因此該技術(shù)對(duì)于汽車(chē)生產(chǎn)而言意義重大。但是由于受到價(jià)格高昂的打印材料和數(shù)量較少的相關(guān)模型構(gòu)建技術(shù)人才等因素的限制，3D打印技術(shù)在汽車(chē)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)等方面工作中發(fā)揮的作用相較于生產(chǎn)則具有更大的價(jià)值。

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