3D打印技术在汽车制造中的应用

陈鹏

天门职业学院机械电子工程学院 湖北省天门市 431700

1 3D打印技术简介

3D打印技术是一项快速成型的技术通过陶瓷塑胶和金属粉末等材质，快速的组建数字模型，逐层进行加工最终实现材料的成型。特别是对于复杂结构的物品，采用3D打印技术能够极大的缩短制造周期也有利于降低成本，对于现代化的机械制造而言，有着极为重要的作用。具体而言，3D打印技术的优点主要如下：

1.1 节约企业生产成本

3D打印技术采用的是增材加工的方式，所以不需要浪费过多的原材料，可以直接塑形成功，在生产的过程中有利于节约企业的成本，对于提高经济效益有着极大的帮助。

1.2 缩短研发周期

3D打印技术不需要通过模具就可以实现复杂结构的生产，所以它能够极大的提高企业的生产效率，对于缩短产品研发的周期极为有利。

1.3 简便生产复杂结构的产品

3D打印技术可以通过计算机建立模型，然后直接生产出所需的物品，因此对于结构较为复杂的零件而言，可以利用3D打印技术小批量生产，简化了生产工艺。

当然，3D打印技术也有自身的缺点存在。由于对加工材料要求较高，所以单个生产的成本较高，其加工的精度也无法与传统的工艺相比。特别是在材料的刚度和强度上，往往达不到工业应用的要求，这也在一定程度上限制了3D打印技术的应用领域。

2 3D打印技术在汽车制造中的具体应用

2.1 研发期的模型塑造

汽车的研发周期一般较长，其根本原因不在产品设计周期，而在于零件的加工制造。采用3D打印技术之后，就可以快速的生成零件，同时验证相关的设计方案是否合理。在2010年时，美国首次利用3D打印技术制造汽车整体，零件制作只用了2000多个小时，极大的缩短了生产周期。通过3D打印技术，一方面验证了相关设计方案的合理性，另一方面也方便后续方案的修改，对于研发期的缩短极为有利缩短研发周期，就可以帮助企业占领市场先机，获得更大的经济收益。和传统的零件制造加工相比，通过3D打印技术能够缩短40%左右的时间，在成本方面也可以降低30%左右，这样就可以摆脱汽车制造业对模具的依赖，让汽车零部件的制作更为灵活。

2.2 模具与零件设计验证

汽车的零部件相对较大，所以相应模具的设计与制造会耗费大量的资金，一旦设计方案存在缺陷，更改模具将给企业带来较大的经济损失。通过3D打印技术可以提前进行零件的验证，这样就避免了模具设计缺陷带来的经济风险，有助于控制汽车零部件设计器的成本。当前3D打印技术在模具验证上有着极为广泛的应用，特别是校核设计方案时会将3D打印技术作为首选。对于一些简单的零部件而言，甚至可以直接省略模具加工制造的过程，直接用3D打印技术实现加工制造，这样就进一步优化了零部件的生产工艺。

2.3 紧急零部件的加工

对于汽车制造企业而言，一些零部件的储存很容易出现紧缺的现象，这时如果采用传统的加工制造方式，不仅会耗费大量的模具开发成本，而且生产制造也会消耗大量的时间，不利于快速地完成相关试验与验证。这时就可以采用3D打印技术来解决这一问题，对于急需的零部件，直接用3D打印机制造，一方面缩短了制造的成本，另一方面也可以快速的完成实验和验证。特别是对于一些大型的汽车制造设备而言，如果零部件出现问题，可用3D打印机快速的进行故障部件的制造，方便企业的正常生产。而且，一些大型的设备的内部零部件并非标准零件，在市面上并没有相应的产品，在无法购买的情况下，也可以利用3D打印技术实现快速解决问题。

2.4 实物的红外扫描

3D打印技术不仅可以实现零部件的制造，同时还能够进行实物的红外线扫描。对于汽车制造企业而言，一些零部件的图纸涉及到了知识产权等问题，往往企业得到的只是实物模型，这时就可以通过3D打印技术进行红外线扫描，快速的获得三维模型，在获得模型后就能够进行初步的处理，快速了解产品结构，方便缩短研发周期和简化设计工作。

在汽车研发和设计的过程中，零部件往往会出现各类问题，这时就需要通过后续的加工来完善设计方案。但是后续加工并非定量的，需要根据实际情况进行经验判断，这就将设计方案的修改难度进一步加大。这时也可以通过3D打印技术快速进行红外扫描，通过获得的三维模型进行方案的修改，对于控制零部件设计的精度也有着一定的帮助。

2.5 提高零部件的质量

对于一些结构复杂的零部件，例如汽车的涡轮等，其加工的难度较大，通常无法通过模具一次成型，而机械加工的方式又会耗费大量的时间，不仅浪费了材料，也延长了零件制造的周期。而为了降低产品的成本，大多数复杂结构的零部件都为组合零件的方式来实现，这样就降低了零部件的质量。通过3D打印技术可以有效的解决该问题，复杂零部件可以一次打印成形，避免了零部件组合带来的质量缺陷。

2.6 绿色环保理念的实现

统的汽车零部件制造需要浪费大量的材料，因为机械加工和模具的制造必然会带来材料的浪费，这不仅增加了企业生产与制造的成本，还不利于环境保护。通过3D打印技术，可以减少材料的浪费，因为是采用增材的加工形式，所以在进行汽车零部件加工时甚至可以实现零浪费，这也是国家与政府大力扶持3D打印技术的原因之一。当前在汽车制造行业中，3D打印技术应用的领域还有一定限制，这和技术不成熟有着较大关系。在后续的发展中，3D打印技术必然会趋于成熟，如果汽车全部零件都可以通过3D打印技术实现，就能够极大的减少材料浪费，实现企业生产成本的降低，有助于减少汽车制造对能源的浪费，推动可持续发展。

3 3D打印技术在汽车制造中的应用趋势分析

当前的3D打印技术虽然初具模型，但是还不够完善，对于打印材料有着较高的要求，这在一定程度上限制了3D打印技术的应用领域。然而随着技术的不断发展，3D打印技术必然会趋于成熟，给汽车制造行业注入新的活力。在后续的发展中，汽车制造行业对3D打印技术的依赖程度会进一步加强，因为各个零部件的设计都可以通过3D打印技术来实现，不需要再进行材料的更换，这样就可以让更为丰富的设计思想融入到汽车制造中，摆脱了传统加工制造技术对汽车制造的限制。对于汽车制造行业而言，零件的加工制造是较为核心的环节，如果全部采用3D打印技术就会缩短汽车设计、生产周期，能够让企业更加灵活的应对市场的需求变化。

从当前的发展趋势来看，3D打印技术还会和人工智能进一步的结合，这时传统汽车制造模式必然会带来新一轮的革命。因为通过人工智能、互联网、计算机和3D打印技术，可以实现快速的汽车设计生产与制造，工程师只需要进行构思和方案设计即可。而且，这种形式的制造也会极大的降低设计缺陷带来的损失，因为人工智能、计算机和3D打印的结合可以事先进行设计方案模拟，验证方案的可行性。这种模式必然会形成完善的体系，极大的推动汽车制造行业的发展。

4 结语

汽车在人们的生活中发挥着重要的作用，是最为普遍的交通工具之一，所以汽车制造行业呈现出稳步发展的趋势。因此整个汽车制造行业的竞争也较为激烈，缩短设计周期、降低生产成本和优化设计方案成为企业间竞争的核心因素。目前很多企业将3D打印技术应用在汽车制造中，一方面极大的缩短了汽车生产的周期，另一方面也降低了企业生产的成本，对于汽车制造的整体发展起到了极大的推动作用。因此，在后续的发展中，3D打印技术的应用会更加广泛，逐步取代传统的加工制造方式，为汽车制造业的发展提供强有力的帮助。