長(zhǎng)安大學(xué) 趙濤 劉建華（通信作者）

1 3D打印技術(shù)概述

1.1 3D打印技術(shù)的種類

目前主流的3D打印技術(shù)根據(jù)選用的材料和成型工藝的不同，可以分成熔融沉積技術(shù)（FDM）、液態(tài)光敏樹(shù)脂選擇性固化技術(shù)（SLA）、粉末材料選擇性燒結(jié)技術(shù)（SLS）等幾種類型。熔融沉積技術(shù)成本低，不產(chǎn)生有毒物質(zhì)，但加工精度較低，零件較為粗糙。液態(tài)光敏樹(shù)脂選擇性固化適合加工結(jié)構(gòu)復(fù)雜且體積小、造型精細(xì)的產(chǎn)品，其形成過(guò)程在自動(dòng)化的環(huán)境中進(jìn)行，表面處理精度高、尺寸誤差小[1]。粉末材料選擇性燒結(jié)技術(shù)可以使用的材料更加廣泛，金屬與陶瓷都能成為打印材料，其成型的時(shí)間短、精度高，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域運(yùn)用較廣[2]。

1.2 3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

相較于傳統(tǒng)制造技術(shù)，3D打印技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)是能對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行快速修改、降低開(kāi)發(fā)成本、提高生產(chǎn)效率[2]?，F(xiàn)有的3D技術(shù)完全可以滿足生產(chǎn)零件的強(qiáng)度與精度。這種增材制造技術(shù)通過(guò)三維CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，將復(fù)雜零件三維復(fù)雜的不規(guī)則曲面、鏤空異形結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行成型，突破了傳統(tǒng)加工技術(shù)的壁壘，也為產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了新的思路。相比于傳統(tǒng)制造需要對(duì)單個(gè)零件進(jìn)行加工，3D打印技術(shù)可一次成型，無(wú)論其復(fù)雜程度都能一體成型，同時(shí)滿足密封性要求。其次研發(fā)的成本對(duì)比傳統(tǒng)制造的成本下降了95%，研發(fā)的周期也要比傳統(tǒng)制造周期短。

2 外賣配送車設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

2.1 外賣配送車的種類

外賣所用電動(dòng)車主要?jiǎng)澐譃榧冸妱?dòng)兩輪車、純電動(dòng)汽車兩大類。目前市面上主流的外賣配送方式為純電動(dòng)兩輪車配送，以及少部分非法改裝的電動(dòng)兩輪車。此類電動(dòng)兩輪車的規(guī)格如下，價(jià)格區(qū)間為1500—5500元，所能承載人數(shù)為1到2人。整車重量限重以電動(dòng)自行車車體（不含電池組）重量不超過(guò)40 kg為標(biāo)準(zhǔn)，或者包含電池組的重量為50—60公斤。最高時(shí)速不大于50 km/h。整車材質(zhì)為塑料與金屬材料，由這些材料所構(gòu)建的電動(dòng)車質(zhì)量輕、體積小，較為輕便快捷[3]。但是這些車沒(méi)有堅(jiān)固的框架材料保護(hù)。在外賣員進(jìn)行配送的過(guò)程中，一旦發(fā)生交通事故，此類電動(dòng)兩輪車所能提供的防護(hù)不足，安全系數(shù)較低，無(wú)法為外賣員提供有效的保護(hù)。此外，這些車普遍具有較為開(kāi)放的駕駛空間，因此在進(jìn)行外賣配送時(shí)，在與人群較為密切地接觸外賣配送員和外賣下被污染的可能性較大。且這些純電動(dòng)兩輪車防風(fēng)、防水、防塵性能較差，易受到惡劣天氣的影響，也可能會(huì)造成外賣送到顧客手上已經(jīng)變冷及口感變差等情況。

2.2 外賣配送車主要部件的功能

車身框架分為兩種，即金屬框架與非金屬框架。并對(duì)兩種框架所能提供的作用與具體屬性進(jìn)行分析。

純電動(dòng)兩輪車普遍使用非金屬框架，框架強(qiáng)度較低、質(zhì)量輕，具備一定的防護(hù)功能，如防碰撞、保護(hù)內(nèi)部元器件、防水等。輕便的車體靈活度較高，因此很多外賣員選擇這一類車穿梭于城市的大街小巷，若這類車發(fā)生事故，非金屬材質(zhì)框架無(wú)法提供足夠的防護(hù)。

關(guān)于輪胎方面，對(duì)純電動(dòng)兩輪車與純電動(dòng)汽車進(jìn)行綜合考慮。由于輪胎市場(chǎng)相關(guān)法律法規(guī)的不完善性，以及巨大的市場(chǎng)需求，各類生產(chǎn)廠家紛紛涌入市場(chǎng)。受到不同廠家工藝流程、生產(chǎn)設(shè)備，以及制作人員操作等多種因素的影響，輪胎生產(chǎn)的質(zhì)量得不到管制，因此其各種屬性也無(wú)法得到保證[3]。除生產(chǎn)因素影響之外，日常使用所產(chǎn)生的磨損也是損害輪胎的主要原因。電動(dòng)類車輛與傳統(tǒng)燃油車輛在動(dòng)力系統(tǒng)上的不同也會(huì)導(dǎo)致汽車在啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)輪胎的磨損程度有所差異。

純電動(dòng)兩輪車的駕駛艙為半開(kāi)放式駕駛艙，操作視野廣，操作難度低，一般情況下不配備擋風(fēng)設(shè)施或周邊防護(hù)設(shè)施，但某些外賣員私自進(jìn)行改裝，在原有基礎(chǔ)上添加了塑料蒙皮。雖然可對(duì)沙塵、雨水等進(jìn)行一定的防護(hù)，但會(huì)增大行進(jìn)過(guò)程中的風(fēng)阻，破壞電動(dòng)兩輪車的整體平衡，無(wú)形中增大了交通事故發(fā)生的概率[4]。

市面上電動(dòng)汽車的駕駛艙為封閉式空間，外賣員在進(jìn)行駕駛時(shí)可根據(jù)自己的需要進(jìn)行座椅傾斜角度調(diào)整，正下方配備安全氣囊，發(fā)生交通問(wèn)題時(shí)可對(duì)外賣員進(jìn)行有效的保護(hù)。擋風(fēng)部分為車窗，其材質(zhì)主要為夾層玻璃或鋼化玻璃，前者將塑料的強(qiáng)韌性和玻璃的堅(jiān)硬性結(jié)合在一起，增加了玻璃的抗破碎能力。后者是指在受到?jīng)_擊破碎時(shí)，玻璃會(huì)分裂成帶鈍邊的小碎塊，對(duì)乘員不易造成傷害。

3 基于3D打印技術(shù)的外賣配送車設(shè)計(jì)意義

3.1 使造型更美觀

3D打印技術(shù)還能賦予了產(chǎn)品獨(dú)特的藝術(shù)風(fēng)格[5]，可結(jié)合所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的外觀特點(diǎn)，按照其基層質(zhì)量均勻的要求，通過(guò)逐層堆積及紋路打印，對(duì)產(chǎn)品獨(dú)特的藝術(shù)風(fēng)格進(jìn)行充分展現(xiàn)，給人們帶來(lái)視覺(jué)上的沖擊及精神上的愉悅。將3D打印技術(shù)與外賣配送行業(yè)相結(jié)合，不僅可以提高打印產(chǎn)品的裝飾性能，還可以為產(chǎn)品賦予獨(dú)特的造型美感，使造型更具美觀性。

3.2 提高設(shè)計(jì)精度

在進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研后需要進(jìn)行相應(yīng)草圖及效果圖的繪制，傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要進(jìn)行手板的繪制來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證產(chǎn)品的不足與缺陷，并針對(duì)相應(yīng)的缺陷進(jìn)行改進(jìn)，直到達(dá)到某一標(biāo)準(zhǔn)。但這一煩瑣的過(guò)程需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力，制作的過(guò)程相對(duì)而言比較復(fù)雜，除此之外還需要考慮在進(jìn)行糾錯(cuò)的過(guò)程中出現(xiàn)較大的精度誤差。3D打印技術(shù)則沒(méi)有這一弊端，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中可直接在模型上進(jìn)行修改，提高設(shè)計(jì)精度，提升生產(chǎn)效率[6]。

圖 1 意象采集

圖 2 前艙蓋打開(kāi)示意圖

圖 3 輪胎創(chuàng)新設(shè)計(jì)

圖 4 外賣驛站草圖

圖 5 外賣配送車最終設(shè)計(jì)

圖 6 外賣驛站示意圖

3.3 可實(shí)現(xiàn)一體化成型

利用3D打印技術(shù)對(duì)電動(dòng)汽車的框架進(jìn)行設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)一體化成形[7]。這種技術(shù)不需要依靠模具，縫隙出現(xiàn)的可能性較小，相比于傳統(tǒng)技術(shù)的模塊化制造再組裝，密封性有著顯著性提升。在3D打印技術(shù)的支持下可實(shí)現(xiàn)大批量的標(biāo)準(zhǔn)化制造，以快速填補(bǔ)市場(chǎng)空白，服務(wù)于目標(biāo)用戶。

4 基于3D打印技術(shù)的外賣配送車設(shè)計(jì)思路

4.1 框架設(shè)計(jì)

在3D打印技術(shù)大力發(fā)展的背景下，賦予電動(dòng)汽車以外賣配送的職能，從而對(duì)外賣車進(jìn)行框架設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足如下功能：賦予外賣員舒適方便的駕駛體驗(yàn)，滿足交通事故發(fā)生時(shí)對(duì)外賣員的保護(hù)，滿足高強(qiáng)度的健康安全防護(hù)要求。因此，在選擇3D打印車身框架及相關(guān)輔助設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先滿足安全性能，最終所呈現(xiàn)出的框架應(yīng)具有較強(qiáng)的剛度與抗拉強(qiáng)度。在交通安全發(fā)生時(shí)，對(duì)外賣員的保護(hù)應(yīng)該從兩個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)，滿足整車的輕量化設(shè)計(jì)（主要是車身框架）與足夠強(qiáng)度的駕駛艙設(shè)計(jì)。

4.2 材料設(shè)計(jì)

在車身框架材料的選擇上考慮輕便且具有足夠強(qiáng)度的材料，如鋁鎂合金，鎂合金的延展性較強(qiáng)，抗拉強(qiáng)度與抗疲勞強(qiáng)度比較出色，鋁合金的吸能性較好，在發(fā)生碰撞時(shí)能有效保護(hù)外賣員的安全，而且同等體積的質(zhì)量比鋼材小很多。鎂是比鋁質(zhì)量更輕的金屬材料，鎂合金具有質(zhì)量輕、易加工、強(qiáng)度較高等優(yōu)點(diǎn)，適用于外賣車的框架制造。

此外，部分非金屬材料如碳纖維等材料也可用于3D打印，其軸向強(qiáng)度和模量高，密度低、比性能高，非氧化環(huán)境下耐超高溫，耐疲勞性好。因此，在駕駛艙設(shè)計(jì)時(shí)可考慮應(yīng)用碳纖維，由碳纖維制造的單碳纖維座艙重量更輕、剛性更強(qiáng)。使用這種駕駛艙可以大大減輕外賣車的自重，大大提高車身的剛性，在發(fā)生嚴(yán)重碰撞事故時(shí)，可以保護(hù)駕駛員防止其受傷，并且這種材料在賽車領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在進(jìn)行外賣車駕駛艙設(shè)計(jì)的同時(shí)應(yīng)考慮人體尺寸，在設(shè)計(jì)駕駛艙時(shí)納入人機(jī)工程學(xué)理論，期盼能夠通過(guò)應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)進(jìn)行外賣車駕駛艙設(shè)計(jì)，以改善駕駛的舒適性[8]。

4.3 輪胎設(shè)計(jì)

對(duì)輪胎進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)最小化滾動(dòng)阻力，通過(guò)對(duì)輪胎進(jìn)行再設(shè)計(jì)以維持電池使用壽命，最大限度地提高汽車?yán)m(xù)航里程，并減少對(duì)環(huán)境的影響。輕量化輪胎技術(shù)，通過(guò)3D打印技術(shù)在整個(gè)制造過(guò)程中減少原材料的使用，從而減輕輪胎質(zhì)量，同時(shí)通過(guò)創(chuàng)新胎面花紋、更大的輪胎直徑、高充氣壓力和纖薄設(shè)計(jì)降低輪胎滾動(dòng)阻力[9]。極低的輪胎滾動(dòng)阻力代表著在電池的搭配上有著更多的選擇。通過(guò)搭載輕量化電池，可幫助車輛進(jìn)一步延長(zhǎng)續(xù)航里程，減小汽車自身的質(zhì)量。

4.4 配送餐盒設(shè)計(jì)

在進(jìn)行外賣配送餐盒設(shè)計(jì)的同時(shí)應(yīng)結(jié)合3D打印技術(shù)進(jìn)行具體分析。配送過(guò)程外賣包裝毒性分解危害人體健康，塑料包裝污染環(huán)境，溫度流失口感差，這些都是需要解決的問(wèn)題。進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可將配送餐盒納入車體內(nèi)部，同時(shí)預(yù)留出可容納外賣餐盒的空位，再進(jìn)行外賣配送將外賣餐盒放入其中，到達(dá)地點(diǎn)后取出外賣。

針對(duì)市面上流行的塑料包裝盒和一次性發(fā)泡包裝盒會(huì)污染環(huán)境及對(duì)人體健康存在潛在威脅的情況，可利用3D打印技術(shù)進(jìn)行制式設(shè)計(jì)，即批量化生產(chǎn)塑料餐盒，配備相應(yīng)的回收體系，通過(guò)外賣盒的回收給予顧客額外的折扣[10]。

5 基于3D打印技術(shù)的外賣配送車設(shè)計(jì)實(shí)踐

5.1 設(shè)計(jì)定位

進(jìn)行相關(guān)調(diào)研后可發(fā)現(xiàn)本產(chǎn)品的主要用戶為外賣員，在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮用戶人群的使用特征，需要具備一定的電動(dòng)汽車操作能力，對(duì)城市街道有一定的了解，熟悉電動(dòng)汽車的續(xù)航性能及所需的維修養(yǎng)護(hù)等。

5.2 設(shè)計(jì)思路

首先，在進(jìn)行設(shè)計(jì)前需明確設(shè)計(jì)思路：整車質(zhì)量輕，車身滿足剛度及強(qiáng)度的需求，能為外賣員提供較安全的駕駛操作空間，保證所配送的外賣的溫度與口感。即以3D打印材料進(jìn)行制造時(shí)應(yīng)滿足安全性（車身）、保溫性（外賣餐盒）。其次，在滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)盡可能賦予其基于3D打印技術(shù)的美學(xué)特征。此外，該車需與外賣餐盒進(jìn)行配合以實(shí)現(xiàn)外賣配送模式的升級(jí)。

5.2.1 造型風(fēng)格設(shè)計(jì)

根據(jù)上述目標(biāo)，在設(shè)計(jì)前需進(jìn)行意象采集工作，從意象圖中進(jìn)行相關(guān)思維靈感的獲取。再進(jìn)行總結(jié)提煉以獲取目標(biāo)需求，進(jìn)而明確總體造型的特點(diǎn)，如圖1所示。意象中的圖案為與蜂巢類似的網(wǎng)格化圖案，并由此對(duì)整體造型風(fēng)格進(jìn)行命名D—F—Grid，意義為設(shè)計(jì)流暢的形體，并帶有柵格化、網(wǎng)格化的特點(diǎn)。

5.2.3 駕駛艙設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)時(shí)考慮到外賣員需要安全、封閉的操作空間，因此駕駛艙采用一體化成形，不設(shè)立車門與車窗，在外賣員需要進(jìn)入時(shí)，前半段駕駛艙自動(dòng)打開(kāi)，待外賣員進(jìn)入后駕駛艙關(guān)閉。在內(nèi)飾方面則以駕駛艙設(shè)計(jì)為主，結(jié)合人機(jī)工程學(xué)，駕駛座椅整體采用環(huán)繞式設(shè)計(jì)，合理的按鍵布局能有效降低外賣員操作失誤的可能性。在車身外部可進(jìn)行圖案的繪制并進(jìn)行自由的繪制，以體現(xiàn)不同企業(yè)的企業(yè)文化。圖2為外賣車前艙蓋打開(kāi)示意圖，外賣員在送到指定地點(diǎn)后再下車，此時(shí)駕駛艙閉合，待外賣員將外賣放入指定部分后，駕駛艙打開(kāi)，外賣員進(jìn)入車輛。

5.2.4 輪胎設(shè)計(jì)

在輪胎的設(shè)計(jì)上，通過(guò)創(chuàng)新胎面花紋、增大輪胎直徑、增大輪胎內(nèi)部的充氣壓力及降低輪胎的厚度，以纖薄設(shè)計(jì)的方式降低輪胎滾動(dòng)阻力，進(jìn)而更好地降低輪胎磨損度，延長(zhǎng)輪胎使用壽命的同時(shí)提升配送效率，文章給出了三種設(shè)計(jì)方案。至于具體選擇，可根據(jù)用戶所需采取適配選項(xiàng)，如圖3所示。

5.2.5 外賣驛站設(shè)計(jì)

圖4為外賣驛站草圖，外賣員于A側(cè)放入餐盒，此時(shí)外賣餐盒沿內(nèi)部消毒通道緩慢移動(dòng)，消毒完畢后到達(dá)B側(cè)，等待被領(lǐng)取。該外賣驛站可作為中介對(duì)外賣進(jìn)行安全存放，也可作為顯眼的標(biāo)志便于消費(fèi)者發(fā)現(xiàn)外賣[11]。

5.3 設(shè)計(jì)呈現(xiàn)

經(jīng)過(guò)相關(guān)分析，文章選擇對(duì)A方案進(jìn)行完善，第二版以A為主體進(jìn)行多元化設(shè)計(jì)。明確外賣車的尺寸，整車的高度為160 cm，長(zhǎng)200 cm，最大寬度為120 cm，軸距為160 cm。對(duì)外賣車的后半段儲(chǔ)存?zhèn)}進(jìn)行類蜂巢式設(shè)計(jì)，后半段車身的一個(gè)個(gè)小凹槽即為儲(chǔ)存?zhèn)}，可容納外賣盒，并滿足外賣餐盒的多種需求。該車的前擋風(fēng)玻璃采用大面積夾層鋼化玻璃，為外賣員提供良好的視野，不易發(fā)生交通事故，若發(fā)生交通事故，在受到?jīng)_擊破碎時(shí)，玻璃會(huì)分裂成帶鈍邊的小碎塊，飛濺的玻璃碎片也不會(huì)對(duì)乘員造成過(guò)大的傷害。后部分車體與外賣餐盒的材料均為pp塑料，比較環(huán)保，易降解、無(wú)毒。在產(chǎn)生出的四個(gè)衍生品A1—A4中選擇A1為最終版，如圖5所示。

如圖6，為外賣驛站示意圖，該驛站可對(duì)外賣進(jìn)行臨時(shí)存放，其配備的隔熱材料與內(nèi)部保溫?zé)艨勺畲蟪潭壬暇S持食物的恒溫，在進(jìn)行配送的途中給予食物最佳的口感。

6 結(jié)語(yǔ)

文章通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的外賣配送車的種類及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，以3D打印技術(shù)為支撐，對(duì)外賣車實(shí)現(xiàn)升級(jí)。文章旨在實(shí)現(xiàn)外賣配送車的再設(shè)計(jì)，提高配送效率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、安全化。通過(guò)3D打印技術(shù)對(duì)外賣餐盒進(jìn)行升級(jí)完善，使之滿足上述要求。確定設(shè)計(jì)方向與設(shè)計(jì)理念之后，從諸多設(shè)計(jì)方案中挑選出最適合的方案，并對(duì)該方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)不斷地完善與修改最終得到結(jié)果。