3D打印技术在汽车行业的应用研究

东鑫渊　杜传祥

摘 要：随着国内外汽车行业竞争的日趋激烈，如何提高汽车生产效率、降低生产成本、设计制造更具个性吸引力的外观，是能否占领汽车市场关键。在这样的背景下，由于3D打印技术无需模具制造、高速高效的产品开发等，在航空航天，机械制造等多领域得到广泛应用。因此，3D打印技术应用在汽车设计、生产制造、甚至维修等各方面，替代传统汽车行业，是所有汽车企业未来发展重点。

关键词：3D打印技术；汽车行业；设计制造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.190

3D打印技术近几年在我国得到飞速发展，涉及航空航天、军事装备，甚至生活中必需品，这项技术是推进我国从“中国制造”向“中国智造”转型发展的关键。但是，相对于其他领域，3D打印在汽车行业发展速度比较缓慢，仅处于起步阶段。近几年汽车保有量飞速增长，国内外汽车企业将我国看作世界第一市场，汽车企业竞争日趋激烈。因此，想获取较大汽车市场，就必须在汽车技术、外观、成本控制等方面领先，而3D技术其独特优势非常适合汽车产业甚至包括汽车零部件及维修方面的应用。

1 3D打印技术概述

1.1 基本概念及原理

3D打印技术又名增材制造，属于一种快速成型技术，是一个使任何形状的三维固体物品通过数字模型得以快速实现的过程。3D打印的实质是通过计算机辅助设计软件，将某种特定的加工样式进行数字切片编辑，生成一个数字化的模型文件，然后按照模型图的尺寸以特定添加剂作为粘合材料，运用3D打印机将液态、粉末态等固体金属粉或可塑性高的物质分层加工、叠加成型使原料将这些薄型层面逐层熔融增加，从而“打印”出真实而立体的固态物体。打印完成后还需将3D模型进行后处理，如剥离、固化、打磨、后期修整等。这个过程相对传统制作过程周期大大缩短，且后期多余松散的粉末原材料可以循环利用。

1.2 技术特点及局限性

复杂物品低成本制造。运用传统制造方法，物品造型结构越复杂，成本越高。而3D打印无需模具和机械设备，可实现小批量、个性化私人订制，有利于产品开发创新。3D打印无需传统制造加工中繁杂的工序，减少因设计频繁更改而造成的工序翻工和累加损失，其产品开发周期短。传统机械设备受多种因素制约，生产产品种类受限，3D打印无需机械设备，可实现设计师与用户间的个性化服务。传统金属加工，会使大多金属原料废弃，3D打印可将余料回收利用，消除了复杂流水线，提高资源生产效率，有利于绿色环保。

但是，3D打印原材料研发是制约3D打印发展的关键因素。3D打印机生产产品精度差，使产品性能与传统生产方式相比有一定差距。面对未来低门槛的3D技术，任何人都可以制造想要的产品，甚至危害社会的危险品，会造成社会治安问题，且会造成大量盗版和复制艺术品，危害知识产权。

2 3D打印技术在汽车行业应用

2.1 在生产领域应用

2010年世界首款3D打印汽车在美国问世，它是一款以电池和汽油作为燃料的三轮混合动力汽车。整车的零件打印耗时2500h，工人仅需把所有零件组装起来，生产周期远快于传统汽车生产，生产中无需模具、机械设备和流水线。在更新换代车型时，设计师仅需调整相关3D模型，改变相应参数，就可以得到新款车型，这是传统汽车生产不可能做到的。3D打印应用在汽车外观造型上可以摆脱私人订制的高端奢侈，也可让设计师的想象力不再受传统机械制造工艺制约，任何天马行空的概念都能实现[3]。

2.2 在零部件生产应用

汽车零部件样件开发量很大，传统样件开发周期无法满足现代汽车快速发展需求。3D打印不但可在开发周期上缩短40%，也可使成本降低20%。特别是随着技术发展，零部件形状结构越来越复杂，导致模具开发生产难度加大，3D打印技术可以很好的克服这个问题。并且在材料方面不局限于树脂或工程塑料，金属材质也可以很快速成形。目前，国内已有很多企业通过3D打印技术生产气缸、变速器齿轮等常用零部件。

2.3 在维修领域应用

3D打印对汽车维修技术、备件库存带来很大影响。对于紧缺无库存零部件更换维修时，开发相关模具浪费大，成本高，时间长。技术人员可通过3D打印直接修复伤口或打印出紧缺零部件，延长关键结构的寿命。当大型不易移动的野外作业机械发生故障，可以携带3D打印机到现场维修。此外，汽车维修中经常使用特殊工具或品牌专用工具，某些工具需求量少，购买困难。3D打印可以直接解决这个问题。

3 3D打印技术在汽车行业发展探索

3D打印将为汽车行业注入新鲜血液。独立设计品牌和设计全民化将引领汽车行业发展。从工业设计角度将3D打印与汽车外观造型及内饰设计相结合，采用新思路新方法，使美学的多元化及设计师天马行空的理念发挥到极致，突破传统汽车仿形法设计的单一模式。在汽车的制造业中，零部件设计生产，材料应用是3D打印技术在汽车行业中发展的关键。从市场和发展前景来看，这项技术在短时间内不可能取代传统汽车生产，主要由于3D技术的局限性所致。根据全球3D打印在汽车行业应用报告显示，到2015年每年都以26.2%的速率增长，各大汽车企业都致力于将该技术与传统汽车生产相结合，更适合未来工业生产需求。随着智能制造的进一步发展，3D打印也将被推向更高层面，替代传统汽车行业。

4 结束语

本文对3D打印技术在汽车行业应用进行研究，并对其未来发展进行展望。对于中国自主品牌车企而言，提升技术前瞻能力，3D打印应用就要得到大力发展，这也是汽车行业发展的大方向，是自主品牌发展创新的一个全新载体，甚至关系到汽车行业的震裂重构。从目前看来，3D打印应用在汽车行业仍处于萌芽阶段，还不具备规模生产条件，但这项技术一旦在某个节点上得到突破，将大大提高制造业生产效率，直接影响汽车企业的市场生命力。

参考文献：

[1]赵婧.3D打印技术在汽车设计中的应用研究与前景展望[D].山西：太原理工大学，2011.

[2]王菊霞.3D打印技术在汽车制造与维修领域应用研究[D].吉林大学，2014.

[3]程美.3D打印技术及其在汽车制造业中的创新应用[J].模具制造，2014（08）：79-81.