3D打印技术在汽车制造与维修领域应用研究

刘春荣

32262部队 四川省乐山市 614100

1 3D打印技术相关信息概述

1.1 技术原理

3D打印技术，因其“原材料只为生产所需的产品”理念，而又被称为“增材制造”[1]。其操作原理，简单来说即是融合现代化电子信息技术将数字模型具象化，在汽车领域中可复制任何凡是三角状的汽车零部件，借助信息技术对数字模型进一步处理，将汽车各零部件的外部模型转化为数字程式表达，而后使用汽车制造行业特殊的添加剂，再用3D打印机初步模型文件进行制造需求的细致化加工，而经过不断的调整最终得到实际物质形态的配件。同时，在当次加工工作完成之后，还可对产出的固体形态进一步加工与打磨处理。

1.2 3D打印技术的特点

作为高新技术，3D打印机其本身也携带固有属性与功能特点。细化来说包括以下：其二，3D打印技术从传统的人工画图设计转向一体信息化操作，一方面大幅度的节省了人力、时间与打印成本，一方面则有效促进了维修进度。其二，维修过程中融入3D打印技术，因其技术靠信息化处理支撑，所以不会大量产生纸张或颜料，即有效杜绝了对生态环境的污染问题，绿色环保性较为明显。综合来说，3D打印技术作为高新技术之一，其功能所展现的优点对汽车行业的高层次起到十分重要的推动作用。

2 3D打印汽车零部件的优势所在

相较于传统制造业的“减材制造技术”，3D打印技术的核心优势主要在于，基于信息化处理而生成任何形状的物体，其研发周期短、研发可视化与自由拓展性强、制造成本低、生产效率较高等优势较为明显[1-2]。3D打印技术俨然已经成为当前时代制造业的核心内容。就研发手段而言，3D打印技术可快速成形汽车生产零部件，在设计早期进行产品装配可行性的验证时，可精确、及时在挖掘设计差错，缩短研发周期，降低开发成本，更快速地验证重点零部件或demo机的操作原理及其操作可行性，例如缸盖、同步器的开发以及塑料类部件的单件生产等。其次，无需开展金属或是任何模具的加工，切实消除了各个模具的开发与制造等一层层工序，以及节省了调试环节中人力与设备的投入。对国内某品牌的调查显示，其零部件的模具开发周期通常在3个月及以上，而3D打印技术在无需任何刀具、模具以及工装夹具的情况下，对单件零件的生产根据其复杂程度通常耗费需一个星期左右及以内，相较于传统的零件知道，3D打印技术的高效性越发凸显。当前3D打印机上的使用材料并不局限于树脂会工程化合塑料，其金属材料也可进行操作，且成形周期相差无几。金属经过激光或电子束对金属粉末进行熔化处理而分层堆积金属，继而直接形成金属。此技术在汽车零部件的制造所体现的最明显优势在于：其一，免去了模具开发的步骤，直接制造金属材质的零部件。其二，当前3D打印技术水平的精确度职高，使金属零部件的力学指标及性能、精度达到锻造件性能的最高指标。

3 3d打印技术在汽车制造工作的具体应用

3.1 各类零件的制造

汽车制造过程中，各部件的零件众多数且繁杂，单是零件的制造周期就很长，成本、时间等高额消耗是汽车制造的主要成本之一。为切实缩短汽车开发周期，汽车行业引入3D打印技术，利用3D打印技术首先即是提高了零件制造的效率，大幅度节约综合生产成本[2]。同时对金属材质样件同样也可打印，简化了整个加工过程，降低了综合成本。通过3D打印技术生产汽车零件，联系上午其可及时、精准的挖掘零件设计中出现的细微偏差，快速审核零部件的操作原理与可行性，有效缩短开发周期。例如橡胶、塑料类与缸盖等辅助类零件的生产，无需任何模具或金属加工，简化了复杂的模具加工程序，显著的节省了制造环节中人力及设备资源的成本投入。其次例如气缸出现故障问题，利用3D打印技术可加急处理，短时间内进行修复使用，一定程度上相对可增加零件的使用寿命，若是缸体损坏严重无法修复，也可利用3D打印技术进行快速的打印，优化库存备件与减少资金的占用。

3.2 复杂模具的更高效、便捷的制造

汽车行业发展进程中，汽车零件并没有总体趋向简单化，对模具的制造要求越来越高，难度不断增加。3D打印汽车零件，若零件的外形、结构较为复杂，模具也只能通过拼接与镶嵌的形式进行制造，极大程度上难以确保其精确性以及影响模具的使用寿命，同时增加汽车生产的时间与复杂性。而采用3D打印技术进行制造，其SLS选区激光烧结技术可直接制作结构复杂的模具，首先是降低了制造时间与综合成本，其次是精确性提高了不止一个层次而有效提高模具的使用寿命。例如3D打印技术可利用逐层材料的堆积法加工实体模型，比如换挡制造时即可使用3D打印技术中的SLS选区激光烧结技术进行分层而整合的制造融合。

3.3 实现轻量化零件的更有效制造

为响应并切实落实绿色发展与可持续发展理念，对汽车行业的发展提出了更高标准的要求，其节能减排、轻量化操作是当前汽车行业的核心发展内容之一。通过降低汽车自重量，继而降低汽车各部件零件的重量，因此企业选用或自行改造、设计轻量化的原材料进行制造。但唯有运用3D打印技术才能确保零件的质量并降低其重量。例如在全尺寸的保险杠制造过程中，可利用Fortus900mc生产型3D打印机有效加快零件的加工，新制造的零件相较于黏土，其总体质量较轻且品质有保障。

4 3D打印技术在汽车维修工作的具体应用

4.1 3D打印技术在零部件维修工作中的应用

相关调查显示，汽车维修普遍面临着以下问题：其一，针对部分新款余限量版车型的零部件维修更换时，存在零部件数量严重不足的问题，而对小众的零部件进行单独开模制造，其制造综合成本较高。其二，当车型成千上万，4S店与维修店对各个零部件的储备无法做到周全。其三，年限较久已经绝版的车型，零部件制造厂也不会生产这些部件，因此结合第一点开口存在较大的困境。其四，同样结合第一点问题，4S店与维修店也无法进行单个零部件的开模制造，其综合成本远远高出经济收益。基于以上问题来看，3D打印技术的优势即体现的较为明显，在小众零部件的定制活动可满足其实际需求[4]。主要包括为：汽车零部件的前期制造中，制造商只需保留零部件制造的设计与三维数字模型的数据，而后直接搬用即可，信息化承建起3D打印机，两者的完美融合，高效的制作成型，快速投入使用。无论是限量、绝版、未生产车型，其零部件的维修过程所产生的各种疑难杂症相对都可迎刃而解。而同时，针对零部件的紧缺无库存问题时，3D打印机的快速处理，即提高了生产效率、降低制造成本、大幅度节省了时间。而制造过程中值得一提的是，若3D打印加工的零部件存在明显的缺陷或达不到征整体需求，只需对设计参数进行即时的调整即可实现迅速的修改而有效节约研发时间。当前汽车维修业中，通过3D打印技术的运用，已经可生产汽车后视镜、门把手、轮毂、气缸、变速器齿轮等等重要基础部件。整个3D打印制造过程主要分为以下步骤：第一，进行三维几何模型的建模处理，此过程，需扫描实物。即是运用数字化扫描设备，对实物进行红外线扫描，而电脑上同步显示出三维数字模型。第二，切片处理，通过计算机的前台控制系统，对三维数字模型文件进行切片分层处理。第三，打印，电脑和3D打印机的同步开展，按照设定程序进行零部件的打印。第四，打印后预处理，经过以上步骤的逐步操作，即可生成所需零部件。

4.2 3D打印技术在维修工具中的应用

汽车维修活动中，其工具种类多种多样，其成本较高、使用过程也繁杂。而3D打印技术的融合，同样可快速制造出某些特殊维修需求的工具[5]。以维修工具中最基础的扳手为例，首先建立其数字模型，再运用3D打印技术中RorE系统进行切片处理，使得轮毂与切片相同，而后再次运用3D打印技术中的3DP技术明确工具的尺寸，融合原材料进行工具的打印处理，打印完成后续处理，维修技术人员再依照扳手的参数标准进行简单的调整，直到完全符合标准，一套下来其制造周期与成本大大缩减，真正意义上的实现了高效能。

5 结语

3D打印技术的推行，已得到工业、制造业与其他各行业的一众认可且得到了广泛使用，汽车行业作为第二大工业技术行业，其3D技术的运用，不仅仅大幅度的节省了研发时间与综合成本，同时，新技术的运用，对材料的选用、设备的有效使用，体现了绿色环保、可再生利用性从。此外，因其自由定制的特性，大大满足了车主的综合需求，可相对提高对品牌的忠诚度与认同感，即是促进了汽车行业的高层次发展。