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3D打印技术在汽车制造中的应用

摘 要：3D打印技术的产生与汽车发展相辅相成，3D打印技术在汽车零部件生产中的应用可以有效地促进汽车制造业的发展，本文重点分析研究3D打印技术在汽车制造中的应用，以供参考。

关键词：3D打印;增材制造;汽车制造

1 3D打印技术概述

3D打印技术是一种快速成型技术，在应用中可利用金属粉末、陶瓷、塑胶等材质进行数字模型的组件逐层叠加，最终使材料成型，尤其是一些复杂结构的物品，辅以3D打印技术，可缩短制造周期，降低成本具。3D打印技术的优势如下：

（1）缩短研发周期。3D打印技术在应用中不需要事先制造模具就能对复杂的结构进行生产，可以提高生产效益，缩短研发周期。

（2）节约企业生产成本。3D打印技术使用的是增材加工，生产过程中不会造成原料的浪费，可直接塑形，还可大幅度节约成本。

（3）简便生产复杂结构的产品。3D打印技术可以利用计算机进行建模，这样可将所需的物品通过3D建模的方式直接设计出来，对于一些复杂的零件可以利用3D打印技术进行小批量的生产，将生产工艺简化。

3D打印技术具有很多优点，但是也有一定的缺点，比如说在生产的过程中单个零部件的生产成本较高，在加工时精度也无法与传统工艺相比，尤其是在材料的强度和刚度方面无法达到工业生产的需求，这就导致3D打印技术的应用产生一定的局限性。

2 3D打印技术在汽车设计生产中的应用分析

在设计研发过程中，3D打印的应用可以完成验证零件发设计和造型，并且对零部件进行评审，可大幅度节省制造成本和研发周期。在进行工程样车装配时，往往会因为个别零件无法赶上装配进度，导致实验受到影响，此时为达到试验的要求，就可以通过打印相应的零件进行装车。但因为3D打印零件强度稍弱，还要注意对零件进行加厚或增加加强筋的处理，以符合需求。在平台样车装配的过程中，要对一些内外饰零件或风道进行变更。通常我们即在原有零件的基础上完成切割、粘接等工作，但难免会出现漏风、露钣金等现象，对试验员的体验和整车的美观产生影响。在操作的过程中可以根据更改后的车身数据，通过3D打印，完成小批量非正式的护板类零件的制作工作。

3 3D打印技术在汽车零件生产制造中的应用

当前3D打印技术已经得到了长足的发展，下面对3D打印技术在汽车零件生产制造中的应用进行具体分析。

（1）柴油发动机支架。汽车的发动机是其动力来源，对汽车的性能有着决定性的影响，依照发动机燃料的不同可以分成电动机、柴油机、汽油机等多种，当前发动机制造商开始逐步将3D打印技术应用于发动机制造方面，主要是通过选择性激光融化3D打印技术来进行发动机零部件和的生产，以及使用选择性激光烧结3D打印技术进行覆膜工艺当中的熔模制造。与此同时，相关企业还使用激光融化3D打印技术进行轻量化柴油发动机支架的生产。

（2）高效能热交换器。在汽车零部件当中，热交换器应用非常普遍起作用，主要是把热量进行转换，从热流体变成冷流体，常见的有机油冷却器、水箱散热器等，而3D打印技术能够使生产难度较高的热交换器得以快速生产，而且生产的质量高，性能好。澳大利亚的Conflux Technology公司就通过选择性激光融化3D打印技术，尝试在汽车热交换器制造当中进行应用，通过3D打印完成了金属材质热交换器的生产，具有很强的实用性。

（3）轻量化汽车座椅。为了保证汽车座椅在碰撞或急刹车的过程中能够帮为客户起到保护的作用，汽车座椅需要进行厚重的设计，然而这种设计在控制汽车散热性以及满足汽车轻量化要求方面产生了一定的影响，而丰田公司针对该问题，进一步改变了座椅的设计，设计了一款轻量化的3D打印汽车座椅，这种汽车座椅的拓扑结构较为复杂，设计过程中将其转为sml3d打印文件进行3D打印。首先使用Mimics软件来进行座椅承重密度的优化设计，接着通过3-matic软件进行球体的设计，让驾驶员的舒适感增加，将额外的边缘消除。另外在支架位置设计了一个弹性梁，这样可以让座椅的重力更低，并且使用镂空设计，更方便散热，让驾驶员的舒适感增加。这一座椅由于设计非常复杂，如果使用传统工艺进行生产可以会耗费大量的材料，而且生产难度较大，而通过3D打印技术和拓扑优化设计，可以快速地将这一结构的座椅制造出来再生产时，大量的节省材料。

4 3D打印技术在汽车制造中的应用趋势分析

当前3D打印技术尽管初具成型，还有很多不完善之处，因为3d材料具有较高的要求，对3D打印技术的应用产生了一定的限制，但是随着技术的快速发展3D打印技术，逐步开始向成熟化方向发展，为汽车制造业提供了新的方向。在后续发展的过程中，汽车制造行业会进一步探索如何对3D打印技术进行应用，依赖程度也会进一步增加，由于各零部件在生产设计的过程中都可以利用3D打印技术来进行操作，不需要更换材料，这样就可以在汽车制造过程中融入更丰富的设计元素，转变原有汽车加工技术。在汽车制造方面的限制，从汽车制造行业的角度出发，进行零部件加工是非常重要的。如果全部使用3D打印技术，可以快速地缩短生产周期，提升汽车设计的质量，在帮助企业发展灵活，应对市场需求方面具有很大的优势。

具体分析当前的发展趋势，可以发现3D打印技术会进一步与人工智能、物联网等技术相融合。在发展的过程中产生新一轮的革命，通过计算机、物联网、人工智能、3d打印等技术可以快速地进行汽车的生产制造在实际运行过程中只需要设计方案进行構思就可以了，这样可以让设计缺陷造成的损失降到最低。由于计算机人工智能和3D打印机的结合可以快速的拟定设计方案，并且对方案的可行性进行验证。这种模式逐步完善，可以快速推动汽车行业的发展。