3D打印技术在汽车造型设计中的应用研究

摘 要：3D打印技术作为一种新兴技术，目前在航天部件，汽车零件，医学材料等领域都有着很广泛的应用。3D打印技术的产品制作周期短，能进行个性化设计等特点相对于传统制造工业来讲具有很大的优势。本文通过3D打印技术中的一种技术——FDM熔融层积成型技术，通过UG NX10.0建模软件建立数字模型，运用3D打印机打印数字模型研究3D打印技术在汽车造型设计开发中的应用。将3D打印技术与汽车制造行业结合，使之更好的为汽车开发设计服务。

关键词：3D打印技术；汽车设计；数字模型

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

1 概述

1.1 3D打印技术

相比与传统的减少材料制造工艺，3D打印技术是一种增加材料的制造工艺，属于一种快速成型的新兴技术。通过在制图软件中做出三维数字模型，导入到3D打印机打印成型软件中。打印机识别数字模型后，打印机根据模型各部分的截面形状使用塑料，金属等材料进行分层打印，最终打印出实体模型。3D打印技术的出现也为各个行业提供的新的发展方向[1]。

1.2 FDM打印技术

FDM打印技术是通过将打印机喷头加热到一定温度，将打印材料如ABS，PLA等塑性固体材料融化成熔融状态并从喷嘴中挤出，3D打印机成型软件对模型分层处理后挤出材料形成模型中每个层片模型的形状，一层完成后，打印机工作台高度下降，完成下一个层片的图形，依次累加，最后打印出整个实体模型。其工作原理图如图 1所示[2]。

1.3 3D打印技术在汽车造型设计中的应用

在传统的汽车造型制作过程当中，设计师需要先画出汽车车身的整体图形，然后依照绘出的图纸做出油泥模型。在制作过程中，要进行油泥的涂敷，模型粗刮和精刮及后续的调整，而其中又要考虑到油泥涂敷的质量对模型的影响，还要根据数据进行多次的测量和修正。其生产周期和成本都大大的增加了。而3D打印技术能够对汽车进行整体的设计，通过所需的数据对汽车模型进行调整和优化处理。打印出复杂且基本符合要求的汽车模型，充分展示出汽车的造型细节[3]。整个过程所需的时间短，并可依照打印的模型进行有效的产品评估，减少企业在研发汽车过程中的成本和时间。

2 基于3D打印技术（FDM）的汽车模型制作

2.1 三维建模

使用UG10.0三維软件制作汽车模型，制作出的模型如图2所示。

UG画出的图形是prt格式，需要转换成stl格式，然后导入到3D打印机软件中。

2.2 模型分层

将转好格式的stl文件导入到3D打印软件中。调整模型的大小比例，方向，如图3所示。进行模型的分层，如图4所示。

本文选用的为ModelWizard 三维打印成型软件。

2.3 3D打印机设备及模型参数的确定

本文采用的的是太尔时代Inspire S系列3D打印机，成型空间为：160*210*260mm（长*宽*高），打印材料为PLA塑性材料，模型分层160层，层片厚度0.15mm，喷头温度220℃，成型室温度70℃。

2.4 模型打印

将stl格式的文件导入到ModelWizard 三维打印成型软件中，进行分层处理，打印机读取打印数据，开始逐层打印，打出整个实体模型。打印完之后，需对模型进行去除支撑材料，打磨，抛光等处理，最终实体模型如图5所示。

3 不同参数下的打印模型

3.1 不同温度下打印的实体模型

成型室温度为80℃时实体模型如图6所示，成型室温度为70℃时实体模型图7所示。

3.2 不同打印路径下的实体模型

以模型底面为初始层的实体模型如图8所示，以模型侧平面为初始层的实体模型如图9所示。

可以看出在不同的打印参数下，打印模型的效果也有着很大的差别。

4 结束语

本文通过运用3D打印技术中的熔融层积成型技术打印出的汽车模型实例，探索了3D打印技术在汽车造型设计中的应用，证明了3D打印技术在汽车造型设计中确实具有实质性的作用。相对于传统的汽车车身制造技术来说能够减少前期产品制作的周期与生产成本，提高生产效率，但在打印时，应注意打印参数对打印实体模型的影响，需优化打印参数，提高打印的效果。

参考文献：

[1]郭日阳.3D打印技术及产业前景[J].自动化仪表，2015（03）：5-8.

[2]龚运息.基于SLA和FDM的3D打印发动机风扇工艺与性能分析[J].制造技术与机床，2015（11）：111-115.

[3]沈卫东，林芳.3D打印技术在汽车研发中的应用[J].汽车工程师，2016（03）：17-21.

作者简介：周涛（1995-），男，湖南怀化人，本科在读，研究方向：车辆工程。endprint