陳鵬

天門職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院 湖北省天門市 431700

1 3D打印技術(shù)簡介

3D打印技術(shù)是一項(xiàng)快速成型的技術(shù)通過陶瓷塑膠和金屬粉末等材質(zhì)，快速的組建數(shù)字模型，逐層進(jìn)行加工最終實(shí)現(xiàn)材料的成型。特別是對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的物品，采用3D打印技術(shù)能夠極大的縮短制造周期也有利于降低成本，對于現(xiàn)代化的機(jī)械制造而言，有著極為重要的作用。具體而言，3D打印技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要如下：

1.1 節(jié)約企業(yè)生產(chǎn)成本

3D打印技術(shù)采用的是增材加工的方式，所以不需要浪費(fèi)過多的原材料，可以直接塑形成功，在生產(chǎn)的過程中有利于節(jié)約企業(yè)的成本，對于提高經(jīng)濟(jì)效益有著極大的幫助。

1.2 縮短研發(fā)周期

3D打印技術(shù)不需要通過模具就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)，所以它能夠極大的提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，對于縮短產(chǎn)品研發(fā)的周期極為有利。

1.3 簡便生產(chǎn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品

3D打印技術(shù)可以通過計(jì)算機(jī)建立模型，然后直接生產(chǎn)出所需的物品，因此對于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的零件而言，可以利用3D打印技術(shù)小批量生產(chǎn)，簡化了生產(chǎn)工藝。

當(dāng)然，3D打印技術(shù)也有自身的缺點(diǎn)存在。由于對加工材料要求較高，所以單個(gè)生產(chǎn)的成本較高，其加工的精度也無法與傳統(tǒng)的工藝相比。特別是在材料的剛度和強(qiáng)度上，往往達(dá)不到工業(yè)應(yīng)用的要求，這也在一定程度上限制了3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

2 3D打印技術(shù)在汽車制造中的具體應(yīng)用

2.1 研發(fā)期的模型塑造

汽車的研發(fā)周期一般較長，其根本原因不在產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，而在于零件的加工制造。采用3D打印技術(shù)之后，就可以快速的生成零件，同時(shí)驗(yàn)證相關(guān)的設(shè)計(jì)方案是否合理。在2010年時(shí)，美國首次利用3D打印技術(shù)制造汽車整體，零件制作只用了2000多個(gè)小時(shí)，極大的縮短了生產(chǎn)周期。通過3D打印技術(shù)，一方面驗(yàn)證了相關(guān)設(shè)計(jì)方案的合理性，另一方面也方便后續(xù)方案的修改，對于研發(fā)期的縮短極為有利縮短研發(fā)周期，就可以幫助企業(yè)占領(lǐng)市場先機(jī)，獲得更大的經(jīng)濟(jì)收益。和傳統(tǒng)的零件制造加工相比，通過3D打印技術(shù)能夠縮短40%左右的時(shí)間，在成本方面也可以降低30%左右，這樣就可以擺脫汽車制造業(yè)對模具的依賴，讓汽車零部件的制作更為靈活。

2.2 模具與零件設(shè)計(jì)驗(yàn)證

汽車的零部件相對較大，所以相應(yīng)模具的設(shè)計(jì)與制造會(huì)耗費(fèi)大量的資金，一旦設(shè)計(jì)方案存在缺陷，更改模具將給企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失。通過3D打印技術(shù)可以提前進(jìn)行零件的驗(yàn)證，這樣就避免了模具設(shè)計(jì)缺陷帶來的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)，有助于控制汽車零部件設(shè)計(jì)器的成本。當(dāng)前3D打印技術(shù)在模具驗(yàn)證上有著極為廣泛的應(yīng)用，特別是校核設(shè)計(jì)方案時(shí)會(huì)將3D打印技術(shù)作為首選。對于一些簡單的零部件而言，甚至可以直接省略模具加工制造的過程，直接用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)加工制造，這樣就進(jìn)一步優(yōu)化了零部件的生產(chǎn)工藝。

2.3 緊急零部件的加工

對于汽車制造企業(yè)而言，一些零部件的儲(chǔ)存很容易出現(xiàn)緊缺的現(xiàn)象，這時(shí)如果采用傳統(tǒng)的加工制造方式，不僅會(huì)耗費(fèi)大量的模具開發(fā)成本，而且生產(chǎn)制造也會(huì)消耗大量的時(shí)間，不利于快速地完成相關(guān)試驗(yàn)與驗(yàn)證。這時(shí)就可以采用3D打印技術(shù)來解決這一問題，對于急需的零部件，直接用3D打印機(jī)制造，一方面縮短了制造的成本，另一方面也可以快速的完成實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證。特別是對于一些大型的汽車制造設(shè)備而言，如果零部件出現(xiàn)問題，可用3D打印機(jī)快速的進(jìn)行故障部件的制造，方便企業(yè)的正常生產(chǎn)。而且，一些大型的設(shè)備的內(nèi)部零部件并非標(biāo)準(zhǔn)零件，在市面上并沒有相應(yīng)的產(chǎn)品，在無法購買的情況下，也可以利用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速解決問題。

2.4 實(shí)物的紅外掃描

3D打印技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)零部件的制造，同時(shí)還能夠進(jìn)行實(shí)物的紅外線掃描。對于汽車制造企業(yè)而言，一些零部件的圖紙涉及到了知識(shí)產(chǎn)權(quán)等問題，往往企業(yè)得到的只是實(shí)物模型，這時(shí)就可以通過3D打印技術(shù)進(jìn)行紅外線掃描，快速的獲得三維模型，在獲得模型后就能夠進(jìn)行初步的處理，快速了解產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，方便縮短研發(fā)周期和簡化設(shè)計(jì)工作。

在汽車研發(fā)和設(shè)計(jì)的過程中，零部件往往會(huì)出現(xiàn)各類問題，這時(shí)就需要通過后續(xù)的加工來完善設(shè)計(jì)方案。但是后續(xù)加工并非定量的，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)判斷，這就將設(shè)計(jì)方案的修改難度進(jìn)一步加大。這時(shí)也可以通過3D打印技術(shù)快速進(jìn)行紅外掃描，通過獲得的三維模型進(jìn)行方案的修改，對于控制零部件設(shè)計(jì)的精度也有著一定的幫助。

2.5 提高零部件的質(zhì)量

對于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件，例如汽車的渦輪等，其加工的難度較大，通常無法通過模具一次成型，而機(jī)械加工的方式又會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間，不僅浪費(fèi)了材料，也延長了零件制造的周期。而為了降低產(chǎn)品的成本，大多數(shù)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零部件都為組合零件的方式來實(shí)現(xiàn)，這樣就降低了零部件的質(zhì)量。通過3D打印技術(shù)可以有效的解決該問題，復(fù)雜零部件可以一次打印成形，避免了零部件組合帶來的質(zhì)量缺陷。

2.6 綠色環(huán)保理念的實(shí)現(xiàn)

統(tǒng)的汽車零部件制造需要浪費(fèi)大量的材料，因?yàn)闄C(jī)械加工和模具的制造必然會(huì)帶來材料的浪費(fèi)，這不僅增加了企業(yè)生產(chǎn)與制造的成本，還不利于環(huán)境保護(hù)。通過3D打印技術(shù)，可以減少材料的浪費(fèi)，因?yàn)槭遣捎迷霾牡募庸ば问?，所以在進(jìn)行汽車零部件加工時(shí)甚至可以實(shí)現(xiàn)零浪費(fèi)，這也是國家與政府大力扶持3D打印技術(shù)的原因之一。當(dāng)前在汽車制造行業(yè)中，3D打印技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域還有一定限制，這和技術(shù)不成熟有著較大關(guān)系。在后續(xù)的發(fā)展中，3D打印技術(shù)必然會(huì)趨于成熟，如果汽車全部零件都可以通過3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)，就能夠極大的減少材料浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)成本的降低，有助于減少汽車制造對能源的浪費(fèi)，推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展。

3 3D打印技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用趨勢分析

當(dāng)前的3D打印技術(shù)雖然初具模型，但是還不夠完善，對于打印材料有著較高的要求，這在一定程度上限制了3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。然而隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，3D打印技術(shù)必然會(huì)趨于成熟，給汽車制造行業(yè)注入新的活力。在后續(xù)的發(fā)展中，汽車制造行業(yè)對3D打印技術(shù)的依賴程度會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)，因?yàn)楦鱾€(gè)零部件的設(shè)計(jì)都可以通過3D打印技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，不需要再進(jìn)行材料的更換，這樣就可以讓更為豐富的設(shè)計(jì)思想融入到汽車制造中，擺脫了傳統(tǒng)加工制造技術(shù)對汽車制造的限制。對于汽車制造行業(yè)而言，零件的加工制造是較為核心的環(huán)節(jié)，如果全部采用3D打印技術(shù)就會(huì)縮短汽車設(shè)計(jì)、生產(chǎn)周期，能夠讓企業(yè)更加靈活的應(yīng)對市場的需求變化。

從當(dāng)前的發(fā)展趨勢來看，3D打印技術(shù)還會(huì)和人工智能進(jìn)一步的結(jié)合，這時(shí)傳統(tǒng)汽車制造模式必然會(huì)帶來新一輪的革命。因?yàn)橥ㄟ^人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)和3D打印技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)快速的汽車設(shè)計(jì)生產(chǎn)與制造，工程師只需要進(jìn)行構(gòu)思和方案設(shè)計(jì)即可。而且，這種形式的制造也會(huì)極大的降低設(shè)計(jì)缺陷帶來的損失，因?yàn)槿斯ぶ悄?、?jì)算機(jī)和3D打印的結(jié)合可以事先進(jìn)行設(shè)計(jì)方案模擬，驗(yàn)證方案的可行性。這種模式必然會(huì)形成完善的體系，極大的推動(dòng)汽車制造行業(yè)的發(fā)展。

4 結(jié)語

汽車在人們的生活中發(fā)揮著重要的作用，是最為普遍的交通工具之一，所以汽車制造行業(yè)呈現(xiàn)出穩(wěn)步發(fā)展的趨勢。因此整個(gè)汽車制造行業(yè)的競爭也較為激烈，縮短設(shè)計(jì)周期、降低生產(chǎn)成本和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案成為企業(yè)間競爭的核心因素。目前很多企業(yè)將3D打印技術(shù)應(yīng)用在汽車制造中，一方面極大的縮短了汽車生產(chǎn)的周期，另一方面也降低了企業(yè)生產(chǎn)的成本，對于汽車制造的整體發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。因此，在后續(xù)的發(fā)展中，3D打印技術(shù)的應(yīng)用會(huì)更加廣泛，逐步取代傳統(tǒng)的加工制造方式，為汽車制造業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的幫助。