3D打印技术在汽车设计中的运用与发展研究

摘要：从3D打印技术在汽车领域的应用我们可以发现，在短暂的几年内，不管是汽车零部件加工制造工艺，还是汽车外形精加工都开始呈现出精细化发展。在3D技术的支持下相信能够更好的激发汽车设计者的设计积极性，在汽车设计领域充分凸显出汽车的设计优势。

关键词：3D打印技术;汽车设计;运用

1.3D打印技术的基本概述

3D打印技术又名“增材制造”，是一种非常高效快速的成型技术，在3D打印中，以数字模型文件为基础，在“打印”中使用液态或粉态的金属粉以及可塑性高的物质等，通过层建叠加的方式进行构造。因此，3D打印技术的本质是需要通过计算机进行相应的换算，通过高精度的程序设定将颗粒金属或塑料进行重叠融合。由于3D打印技术借助于电脑模型，因此具有非常高的定制性，加之其物理特性，在量产以及技术成本上均存在很大的优势。并且在进行相应的3D打印时，无需额外采购相关的设备，因此可以有效缩减场地的使用，减免部分的场地租赁费。

从宏观意义上，对3D打印技术进行分析，打印技术分为5种，分别为“SLA”（光敏树脂选择性固化技术）、“SLS”（粉末材料选择性激光烧结技术）、“FDM”（熔融沉积技术）、“3DP“（3D喷射打印技术）、“PUG”（真空注型技术）。在3D打印技术当中，以“SLS”为例，“SLS”3D打印技术与激光成型的技术类似，采用了叠加成型、分层加工的方式。在成型的区域喷洒一层胶水。胶水材料经过特制，呈现不易扩散的特点。同时在胶水喷洒完毕后，布置一层均匀的粉末，保证粉末与胶水之间的固话黏结。对于没有胶水的区域则需保持一定的松散状态，以便后续处理。在经过胶水、粉末相互叠加的效果下，相应的实体模型将会被打印出来。打印完毕后，对相应的模型进行后续处理，如“剥离”、“固化”、“后期修正”等。且3D打印与其他常规制造业不同，剩余原材料可以重复利用，增加整体的环保性。

2.3D打印技术在汽车设计中的运用

2.1.3D打印技术在混合动力车设计中的应用

在世界范围内，3D打印技术最早应用在混合动力车中的是Urbee。从设计构成上来看，Urbee是以电池和汽油作为混合动力燃料的三轮、双座混合动力汽车。在3D打印技术的支持下，该汽车具备其他片状金属材料所不具备的灵活性、可塑性。在汽车设计的时候设计团队会利用最新的Autodesk软件来对Urbee车身实施数字建模处理，之后根据汽车的三视图尺寸来打造出油泥模型，而后将油泥模型数据扫描录入到CAD软件中。

玻璃纤维是汽车设计的主要材料，被广泛应用在汽车玻璃钢罩、挡泥板、车顶以及汽车制造模具上。在确定好材料之后，选择熔覆工艺和CAD加工技术打造出动力机车模型。在综合考虑汽车设计零部件的基础上将原材料切割成圆形横截面，之后将其挤压成丝状，送入到带有粘合剂的3D打印机喷头中。在设备的运作下会将材料加工到最为精细的程度。

2.2.3D打印技术在赛车设计中的应用

基于3D打印技术设计出来的赛车仅仅需要消耗三周的设计时间，且在短暂设计时间范围内，赛车仅仅需要四秒钟就能够将运行速度从零的状态提升到96公里到141公里。为了能够实现对赛车外部构造的一次性浇筑成型处理，设计者需要在考虑传统车体零部件设计的基础上注重强化扣钩、接头对车身的连接，在具体设计的时候需要在汽车的左侧面的撒热片、扩散器的后面打印出一个喷嘴，在喷嘴的作用下确保理想气流顺利穿过。另外，在造型设计层面，3D打印技术会将鲨鱼皮质材料应用到车身的纹理加工设计中，由此会使得整个车辆的车身设计十分具备冲击力。在3D打印技术的支持下还会通过一系列先进的科学技术来减少车辆运行的碳元素排放，实现赛车设计的低碳环保发展。

2.3.3D打印技术在发动机设计中的应用

奥迪RSQ是德国库卡公司工业机器人使用3D打印技术加工制造出来的车辆，整个车辆的发动机充分使用了3D打印技术的SLS成型工艺。全景前挡风玻璃能够实现无缝衔接，在加工设计的时候会从前部一直延伸到车顶的后部，由此会为驾驶人员以及乘客提供一个十分广阔的乘车体验。

3.3D打印技术在汽车行业未来发展应用中的应用

3.1突破传统意义上汽车的造型设计

在3D技术的支持下，汽车外形将会迎来更深入的探索，一些比较复杂、夸张的汽车外形设计方案将会拥有实现的可能。比如在3D打印技术的支持下相关人员会对汽车设计的前后方案图进行综合比对分析，而后从中选择最适合的方案。

同时，利用3D打印技术还能够实现对汽车外形的三维立体化设计，并将设计结果打印出来，最终验证汽车造型设计的合理性、美观性。在未来，利用计算机工程软件还能够对设计图纸进实施精准的校对分析，从而能够更为全面的了解汽车的设计比例和各个零部件的协调问题，减少汽车投产后的维修操作。在3D打印技術的支持下能够对汽车初期设计方案实施综合比对，比对分析之后打造出三维立体化模型，完成对模型材质、色彩方案的综合模拟。

3.2复杂形态和结构的汽车内饰装饰设计

汽车外观造型设流程也深刻影响汽车的投产，将3D打印技术引入其中能够优化汽车外部造型设计，实现外部色彩、材料、模型的综合匹配。同时，在技术的支持下还能够实现各个复杂零部件装配的灵活性设计，最终会解决汽车内饰设计的复杂性问题，实现汽车外在模型的精准化设计。

3.3物质编辑器构成未来的汽车机器人设计

物质编辑器实现的前提是3D打印技术和计算机技术、人工智能结合在一起。在人工智能技术的作用下会获取人类的需求信息，之后对这些信息进行数字化语言翻译。

物质编辑器作为一种独有的计算机算法编程会根据用户的需要来生成满足其需求的设计方案，这些方案的设计会满足3D打印机材料和自身属性，将设计好的方案转变为现实。物质编辑器在汽车领域的应用会使得汽车行业不再是运输货物的工具，而是可以作为人类社会进步发展的智能机器人存在于人们的生活中。在未来，用户可以使用物质编译器输入自己对汽车设计的要求，汽车设计领域的数据信息也会实现更加精准化的发展，客户会根据自己的需要来进行汽车的设计，由此在这个过程中会解决汽车设计的时间消耗。

综上，计算机技术和移动通信技术的快速发展，使得3D打印技术也迎来了发展的春天。汽车行业是影响我国社会经济发展的重要产业，设计是汽车行业发展的基础，将3D打印技术应用到汽车设计领域能够有效解决汽车设计的技术问题。

参考文献

[1]沈睿，褚忠，王武，景晓伟，季雯.3D打印塑料材料在汽车配件设计中的应用[J].塑料科技，2020，48（02）：157-160.

[2]高源，金腾.3D打印技术在汽车CAD课程中的应用探究[J].教育教学论坛，2020（08）：1-2.

作者简介：

艾亮（1976.10-），性别：男，籍贯：吉林省四平市，职务：主任，职称：副教授，学历：研究生，研究方向：装备制造。