3D打印在汽车零部件行业的应用研究

玉河　高燕

摘 要：随着科技的不断进步，3D打印技术在各行业广泛应用，特别在汽车领域发挥着重要作用。它不仅可以缩短汽车研发周期和降低生产成本，还能减少对模具的依赖。本文将探讨3D打印技术在汽车零部件行业的应用及其重要性，分析当前技术现状，并提出实际应用策略，为该行业的发展提供经验积累。

关键词：3D 打印 汽车零部件 材料

伴随着汽车行业的发展，在汽车工业的制造环节，零部件材料中铝合金的使用占比逐渐增多。近年来新能源汽车得到了良好的发展，这类汽车对铝合金材料的需求日渐提升。而汽车零部件行业的传统的生产模式下，时间周期长、制造工序繁琐以及材料的浪费率高。因此，汽车零部件行业需要寻求新的生产模式，从而实现智能化生产，其中可以借助3D打印技术，使零部件制造更为简洁。我国的工业已经进入4.0时代，为了顺应时代需求，汽车零部件行业需要加强3D打印技术的应用，打破以往简单概念模型的设计，朝向零部件的制作方向发展，如进气歧管、车灯已经汽车仪表盘等，通过3D打印技术进行样件的制作，从而实现批量化生产，推动汽车零部件行业的发展。

1 3D打印在汽车零部件行业中的应用价值

在汽车零部件行业中，传统的制造工艺包括零部件研发、测试等，在该阶段中需要进行零件模具的制作，不仅造成时间的消耗，还提高了制造成本。当出现问题时，对零件的结构进行修改，同样需要消耗漫长的周期。无法满足当前时代背景下，整车的开发进度要求，很难快速的确认设计、功能、材料以及生产等。而通过3D打印技术的应用，有助于以上问题的提升，推动零部件生产效率的提升，当在测试环节出现问题后，技术人员可以通过3D文件或者更换材料的方式，开展多次测试，从而寻找到最优的制作方案。因此，不难发现，3D打印技术在汽车零部件行业的应用，有助于降低零部件的开发成本，推动效率的提升。

另外，在汽车零部件行业中，3D打印技术的应用，可以适应整车厂的设计更新需求，快速对零部件制造进行优化，加快产品概念的验证流程。在传统的汽车零部件开发环节中，主要采取CNC机床、手工制造的方式，其中的工艺包括切削、粘接等，零件模具的开发往往消耗大量的时间与资源。而在汽车零部件行业中借助3D打印技术，可以极大程度上减少产品设计与原型开发的时间，快速对零部件的修改设计方案进行制定。同时由于3D打印材料具有多样性，技术人员可以从机械性能出发，选择合适的材料。总之，伴随着3D打印技术的发展，对汽车零部件行业带来了深刻的影响，相较于传统的铣削、喷涂等工艺，通过3D打印技术，可以制造出任意造型的产品，从而满足汽车的轻量化需求，推动汽车行业的健康发展。

2 3D打印技术的现状及工艺分析

3D打印技术，作为一种革命性的制造工艺，近年来在全球范围内得到了广泛的关注和应用。3D打印技术最早于20世纪80年代被提出，并在不断的技术革新和市场推广中逐渐发展成熟。目前，全球主要的3D打印技术包括光固化、熔融沉积、粉末烧结等多种类型，应用领域涵盖医疗、航空航天、汽车制造、工业制造等诸多领域。在医疗领域，3D打印技术被广泛应用于个性化医疗器械、仿生组织和器官等领域；在航空航天领域，3D打印技术被用于制造轻量化零部件，提高飞行器性能和燃油效率；在汽车制造领域，3D打印技术可用于制造汽车零部件，提高生产效率和产品质量。

在当前情况下，我国的3D打印技术应用尚处于起步阶段，与西方国家相比，我国的生产制造业中3D打印技术的应用程度较低。需要着重关注材料的改进，以实现向高强度、低熔点和高耐磨性方向的研发转变，不仅局限于传统的铁、铝等材料领域。目前3D打印材料存在着种类不足、适用性差以及制作周期长等问题，3D打印技术在零件制作过程中存在着成形精度低、表面粗糙度高等问题。此外，3D打印设备价格昂贵，许多材料成本高，增加了制造成本，并且在打印过程中会产生大量粉尘，对人体造成严重损害。

3 3D打印在汽车零部件行业的应用

3.1 3D打印技术应用于汽车零部件研发

随着汽车工业的发展，传统的汽车零部件研发和制造方式面临着越来越多的挑战和限制。而3D打印技术作为一种快速、灵活、高效的制造方式，正在逐渐改变汽车零部件研发的格局。传统的汽车零部件制造需要经过模具设计、制造、调试等多个环节，周期较长。而3D打印技术可以直接根据设计文件进行快速制造，无需受到传统制造工艺的限制。汽车制造商可以根据具体需求灵活设计零部件，提高产品的性能和品质大大缩短了零部件的制造周期，显著推动新产品的研发效率。在3D打印技术的影响下，汽车零部件流程并不需模具，有助于成本的节省，推动汽车零部件研发效果的提升。另外传统的制动系统零部件制造复杂，需要高精度的加工工艺。而采用3D打印技术可以实现复杂结构的制造，提高零部件的性能和可靠性。其中具体的零件开发流程如图1。

利用3DP砂型工艺，可以在汽车企业中开展柴油机缸体、涡轮壳、四缸缸体、缸盖、排气管、新能源汽车车架、柴油发动机进气岐管等，这些均可以使用石英砂材料，，利用喷墨砂型打印设备打印砂模，然后再进行铸造成型，可见图2、图３样例。

3.2 优化汽车内外饰件制造

在汽车零部件的制作行业中，汽车内外饰件的设计和制造一直是一个技术含量较高的领域。随着科技的不断进步，特别是3D打印技术的应用，汽车内外饰件的制作迎来了新的发展机遇。在汽车零部件的制作行业中，汽车内外饰件属于重要内容，在零部件的制作环节，开发的难度较大，其中尤其是汽车内外饰的零部件，具有极为复杂的零件结构。例如，为了实现风阻的降低，在汽车的制作环节中，需要注重形状的多曲面光滑连接，但受到模具制造的限制，无法根据最优的曲面结构进行设计，只能通过牺牲汽车的部分性能，从而更好的满足零件的制作要求。因此，在汽车零部件行业中，通过3D打印技术的应用，有助于相关问题的解决。通过3D打印技术，设计师可以更加灵活地创造复杂的曲面结构，满足汽车零部件的制作要求。这种定制化的制造方式不仅能够提高制造效率，还能够降低制造成本，为汽车内外饰件的设计和制造带来了全新的可能性。在选择内外饰件的制作环节中，需要更好材料，打破树脂、工程塑料的束缚，巧用各种材料，设计良好的汽车内外饰。根据实际的3D打印技术应用效果，汽车零部件的开发周期得到了缩减，有助于节省开发成本。基于节能减排的相关要求，汽车行业的轻量化设计需求有所提升，为了更好的借助轻量化，汽车企业需要在保险杠、车灯等外饰件进行优化。其中在汽车零部件行业中，企业可以借助3D打印技术的应用，更好的制作控制面板，缩短内外饰件的制作周期，更好的开展测试活动。汽车内饰件包括方向盘、操纵杆等，相较于传统制作方法，通过3D打印技术的融入，有助于设计成本的减少，从而精确的还原产品形成，取得更好的效果。

3.3 3D打印技术融入汽车维修技术

3D打印技术在汽车零部件行业的应用不仅局限于设计和制造阶段，同时也对维修与改装等重要内容产生了深远的影响。在汽车零部件行业中，维修与改装属于重要内容，通过3D打印技术的应用，有助于相关行业的发展。特别是在进行无库存的零部件更换维修活动时，传统模具开发所带来的高成本和长时间消耗等问题一直困扰着相关行业。然而，随着3D打印技术的应用，技术人员可以通过对拆卸下的零件进行扫描，并实现参数的修正，利用3D打印技术制作更多的零部件内容，从而提升关键结构的寿命，减少维修成本和时间消耗。

在进行无库存的零部件更换维修活动中，相关模具的开发往往导致成本较高、消耗时间较长等。在汽车零部件行业中，技术人员可以通过3D打印技术，对拆卸下的零件进行扫描，实现参数的修正，借助3D打印技术，制作出更多的零部件内容，提升关键结构的寿命。在对进口车辆进行维修时，由于相关零部件的缺乏，进口零件所消耗的实践较长，无法满足用户的需求。在汽车维修活动中，往往需要借助专用工具，但由于这些工具的需求较少，往往无法很好的购买。此外，在对进口车辆进行维修时，由于进口零部件的缺乏，获取所需零件往往需要较长的等待时间，这无疑会影响用户的使用体验。而借助3D打印技术，可以快速制作出所需的零部件，满足维修需求，缩短等待时间，提高用户满意度。对于一些专用工具的需求，传统购买方式往往无法满足因为这些工具的需求量较少。然而，通过3D打印技术，可以根据需要快速制作出专用工具，解决维修过程中的瓶颈问题，提高维修效率，降低成本。通过3D打印技术的应用，有助于以上问题的解决，从而更好的满足汽车零部件行业的发展，解决相关问题，取得更好的行业需求。

3.4 3D打印应用到汽车零部件模具中

在当今激烈竞争的汽车行业，随着零部件迅速更新，传统的零部件制造工艺导致模具研发周期长、成本高，成为汽车行业发展的一大障碍。近年来，将3D打印技术应用于汽车零部件模具制造中成为解决方案，能够快速成型模具，实现模具一体化，并优化内部结构设计与制造，推动汽车零部件的发展。其中在汽车零部件模具中，汽车发动机连杆属于重要内容，利用3D打印技术，企业能够快速加工成型零部件，并通过测试确保连杆的力学性能符合要求。总的来说，3D打印技术的应用不仅可以减少零部件模具的开发周期，降低生产成本，提高生产效率，还有助于构建复杂精密模具，取得更好的零件制作效果，推动产品质量的提升，为汽车零部件行业的健康发展提供保障。

3.5 3D打印在汽车材料中的应用

随着3D打印技术的不断发展，对新材料的研究和开发提供了新的思路和可能性。通过从材料的微观结构出发，可以实现对材料功能的精准控制，优化传统的材料制备工艺，从而推动汽车零部件行业的发展。在近年来的发展过程中，许多汽车零部件行业通过3D打印技术的应用，更好的进行新材料的制备，为汽车行业带来了一系列创新。在该技术的引导下，搭建复合材料机制。例如，在当前环境下，宝马汽车通过研发活动的开展，设计出一款可充气的3D打印材料，其特点可以借助指令从而转变形状与硬度，对汽车的内饰进行优化，推动乘坐舒适性的提升。同时其他研发人员通过合作，制作出高刚度与阻尼的新型材料，该技术虽然具有金属一样的硬度，但同时具有较强的柔韧性，可以接受强烈的振动，使乘客获得更好的驾驶感受，推动汽车产业的发展。另外，在当前环境下，国外的技术人员还研发出了一种具有3D微晶格结构的3D打印电池电极。这种电极结构有助于实现可控的孔隙率。通过3D打印技术的灵活应用，可以制造出复杂的3D电池架构，可以更好的进行电化学储能配置，这为新能源汽车的发展提供了重要支持，拓展了电池融合的可能性，为汽车工业的可持续发展奠定了坚实的基础。

4 结语

综上所述，在信息时代的背景下，3D打印技术得到了良好的发展，将其应用于汽车零部件行业中，有助于汽车工业的发展。在当前环境下，为了顺应时代需求，汽车零部件行业需要注重3D打印技术的应用，将其融入到零部件研发、内外饰件制造以及零部件模具的制作等环节。相较于传统的汽车零部件行业，3D打印技术的应用，有助于零部件开发周期的缩短，进行更好的汽车零部件制作，保障汽车行业的长远发展。

基金项目：2022年度广西高校中青年教师科研基础能力提升项目—新能源汽车用铝合金电机零部件3D打印成型研究（2022KY1345）。

参考文献：

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