玉河　高燕

摘 要：隨著科技的不斷進(jìn)步，3D打印技術(shù)在各行業(yè)廣泛應(yīng)用，特別在汽車領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。它不僅可以縮短汽車研發(fā)周期和降低生產(chǎn)成本，還能減少對(duì)模具的依賴。本文將探討3D打印技術(shù)在汽車零部件行業(yè)的應(yīng)用及其重要性，分析當(dāng)前技術(shù)現(xiàn)狀，并提出實(shí)際應(yīng)用策略，為該行業(yè)的發(fā)展提供經(jīng)驗(yàn)積累。

關(guān)鍵詞：3D 打印 汽車零部件 材料

伴隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，在汽車工業(yè)的制造環(huán)節(jié)，零部件材料中鋁合金的使用占比逐漸增多。近年來新能源汽車得到了良好的發(fā)展，這類汽車對(duì)鋁合金材料的需求日漸提升。而汽車零部件行業(yè)的傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式下，時(shí)間周期長(zhǎng)、制造工序繁瑣以及材料的浪費(fèi)率高。因此，汽車零部件行業(yè)需要尋求新的生產(chǎn)模式，從而實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)，其中可以借助3D打印技術(shù)，使零部件制造更為簡(jiǎn)潔。我國(guó)的工業(yè)已經(jīng)進(jìn)入4.0時(shí)代，為了順應(yīng)時(shí)代需求，汽車零部件行業(yè)需要加強(qiáng)3D打印技術(shù)的應(yīng)用，打破以往簡(jiǎn)單概念模型的設(shè)計(jì)，朝向零部件的制作方向發(fā)展，如進(jìn)氣歧管、車燈已經(jīng)汽車儀表盤等，通過3D打印技術(shù)進(jìn)行樣件的制作，從而實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，推動(dòng)汽車零部件行業(yè)的發(fā)展。

1 3D打印在汽車零部件行業(yè)中的應(yīng)用價(jià)值

在汽車零部件行業(yè)中，傳統(tǒng)的制造工藝包括零部件研發(fā)、測(cè)試等，在該階段中需要進(jìn)行零件模具的制作，不僅造成時(shí)間的消耗，還提高了制造成本。當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)，對(duì)零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，同樣需要消耗漫長(zhǎng)的周期。無法滿足當(dāng)前時(shí)代背景下，整車的開發(fā)進(jìn)度要求，很難快速的確認(rèn)設(shè)計(jì)、功能、材料以及生產(chǎn)等。而通過3D打印技術(shù)的應(yīng)用，有助于以上問題的提升，推動(dòng)零部件生產(chǎn)效率的提升，當(dāng)在測(cè)試環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題后，技術(shù)人員可以通過3D文件或者更換材料的方式，開展多次測(cè)試，從而尋找到最優(yōu)的制作方案。因此，不難發(fā)現(xiàn)，3D打印技術(shù)在汽車零部件行業(yè)的應(yīng)用，有助于降低零部件的開發(fā)成本，推動(dòng)效率的提升。

另外，在汽車零部件行業(yè)中，3D打印技術(shù)的應(yīng)用，可以適應(yīng)整車廠的設(shè)計(jì)更新需求，快速對(duì)零部件制造進(jìn)行優(yōu)化，加快產(chǎn)品概念的驗(yàn)證流程。在傳統(tǒng)的汽車零部件開發(fā)環(huán)節(jié)中，主要采取CNC機(jī)床、手工制造的方式，其中的工藝包括切削、粘接等，零件模具的開發(fā)往往消耗大量的時(shí)間與資源。而在汽車零部件行業(yè)中借助3D打印技術(shù)，可以極大程度上減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)與原型開發(fā)的時(shí)間，快速對(duì)零部件的修改設(shè)計(jì)方案進(jìn)行制定。同時(shí)由于3D打印材料具有多樣性，技術(shù)人員可以從機(jī)械性能出發(fā)，選擇合適的材料?？傊殡S著3D打印技術(shù)的發(fā)展，對(duì)汽車零部件行業(yè)帶來了深刻的影響，相較于傳統(tǒng)的銑削、噴涂等工藝，通過3D打印技術(shù)，可以制造出任意造型的產(chǎn)品，從而滿足汽車的輕量化需求，推動(dòng)汽車行業(yè)的健康發(fā)展。

2 3D打印技術(shù)的現(xiàn)狀及工藝分析

3D打印技術(shù)，作為一種革命性的制造工藝，近年來在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。3D打印技術(shù)最早于20世紀(jì)80年代被提出，并在不斷的技術(shù)革新和市場(chǎng)推廣中逐漸發(fā)展成熟。目前，全球主要的3D打印技術(shù)包括光固化、熔融沉積、粉末燒結(jié)等多種類型，應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋醫(yī)療、航空航天、汽車制造、工業(yè)制造等諸多領(lǐng)域。在醫(yī)療領(lǐng)域，3D打印技術(shù)被廣泛應(yīng)用于個(gè)性化醫(yī)療器械、仿生組織和器官等領(lǐng)域；在航空航天領(lǐng)域，3D打印技術(shù)被用于制造輕量化零部件，提高飛行器性能和燃油效率；在汽車制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可用于制造汽車零部件，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

在當(dāng)前情況下，我國(guó)的3D打印技術(shù)應(yīng)用尚處于起步階段，與西方國(guó)家相比，我國(guó)的生產(chǎn)制造業(yè)中3D打印技術(shù)的應(yīng)用程度較低。需要著重關(guān)注材料的改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)向高強(qiáng)度、低熔點(diǎn)和高耐磨性方向的研發(fā)轉(zhuǎn)變，不僅局限于傳統(tǒng)的鐵、鋁等材料領(lǐng)域。目前3D打印材料存在著種類不足、適用性差以及制作周期長(zhǎng)等問題，3D打印技術(shù)在零件制作過程中存在著成形精度低、表面粗糙度高等問題。此外，3D打印設(shè)備價(jià)格昂貴，許多材料成本高，增加了制造成本，并且在打印過程中會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，對(duì)人體造成嚴(yán)重?fù)p害。

3 3D打印在汽車零部件行業(yè)的應(yīng)用

3.1 3D打印技術(shù)應(yīng)用于汽車零部件研發(fā)

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的汽車零部件研發(fā)和制造方式面臨著越來越多的挑戰(zhàn)和限制。而3D打印技術(shù)作為一種快速、靈活、高效的制造方式，正在逐漸改變汽車零部件研發(fā)的格局。傳統(tǒng)的汽車零部件制造需要經(jīng)過模具設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試等多個(gè)環(huán)節(jié)，周期較長(zhǎng)。而3D打印技術(shù)可以直接根據(jù)設(shè)計(jì)文件進(jìn)行快速制造，無需受到傳統(tǒng)制造工藝的限制。汽車制造商可以根據(jù)具體需求靈活設(shè)計(jì)零部件，提高產(chǎn)品的性能和品質(zhì)大大縮短了零部件的制造周期，顯著推動(dòng)新產(chǎn)品的研發(fā)效率。在3D打印技術(shù)的影響下，汽車零部件流程并不需模具，有助于成本的節(jié)省，推動(dòng)汽車零部件研發(fā)效果的提升。另外傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)零部件制造復(fù)雜，需要高精度的加工工藝。而采用3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造，提高零部件的性能和可靠性。其中具體的零件開發(fā)流程如圖1。

利用3DP砂型工藝，可以在汽車企業(yè)中開展柴油機(jī)缸體、渦輪殼、四缸缸體、缸蓋、排氣管、新能源汽車車架、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣岐管等，這些均可以使用石英砂材料，，利用噴墨砂型打印設(shè)備打印砂模，然后再進(jìn)行鑄造成型，可見圖2、圖３樣例。

3.2 優(yōu)化汽車內(nèi)外飾件制造

在汽車零部件的制作行業(yè)中，汽車內(nèi)外飾件的設(shè)計(jì)和制造一直是一個(gè)技術(shù)含量較高的領(lǐng)域。隨著科技的不斷進(jìn)步，特別是3D打印技術(shù)的應(yīng)用，汽車內(nèi)外飾件的制作迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。在汽車零部件的制作行業(yè)中，汽車內(nèi)外飾件屬于重要內(nèi)容，在零部件的制作環(huán)節(jié)，開發(fā)的難度較大，其中尤其是汽車內(nèi)外飾的零部件，具有極為復(fù)雜的零件結(jié)構(gòu)。例如，為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)阻的降低，在汽車的制作環(huán)節(jié)中，需要注重形狀的多曲面光滑連接，但受到模具制造的限制，無法根據(jù)最優(yōu)的曲面結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，只能通過犧牲汽車的部分性能，從而更好的滿足零件的制作要求。因此，在汽車零部件行業(yè)中，通過3D打印技術(shù)的應(yīng)用，有助于相關(guān)問題的解決。通過3D打印技術(shù)，設(shè)計(jì)師可以更加靈活地創(chuàng)造復(fù)雜的曲面結(jié)構(gòu)，滿足汽車零部件的制作要求。這種定制化的制造方式不僅能夠提高制造效率，還能夠降低制造成本，為汽車內(nèi)外飾件的設(shè)計(jì)和制造帶來了全新的可能性。在選擇內(nèi)外飾件的制作環(huán)節(jié)中，需要更好材料，打破樹脂、工程塑料的束縛，巧用各種材料，設(shè)計(jì)良好的汽車內(nèi)外飾。根據(jù)實(shí)際的3D打印技術(shù)應(yīng)用效果，汽車零部件的開發(fā)周期得到了縮減，有助于節(jié)省開發(fā)成本?；诠?jié)能減排的相關(guān)要求，汽車行業(yè)的輕量化設(shè)計(jì)需求有所提升，為了更好的借助輕量化，汽車企業(yè)需要在保險(xiǎn)杠、車燈等外飾件進(jìn)行優(yōu)化。其中在汽車零部件行業(yè)中，企業(yè)可以借助3D打印技術(shù)的應(yīng)用，更好的制作控制面板，縮短內(nèi)外飾件的制作周期，更好的開展測(cè)試活動(dòng)。汽車內(nèi)飾件包括方向盤、操縱桿等，相較于傳統(tǒng)制作方法，通過3D打印技術(shù)的融入，有助于設(shè)計(jì)成本的減少，從而精確的還原產(chǎn)品形成，取得更好的效果。

3.3 3D打印技術(shù)融入汽車維修技術(shù)

3D打印技術(shù)在汽車零部件行業(yè)的應(yīng)用不僅局限于設(shè)計(jì)和制造階段，同時(shí)也對(duì)維修與改裝等重要內(nèi)容產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。在汽車零部件行業(yè)中，維修與改裝屬于重要內(nèi)容，通過3D打印技術(shù)的應(yīng)用，有助于相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。特別是在進(jìn)行無庫存的零部件更換維修活動(dòng)時(shí)，傳統(tǒng)模具開發(fā)所帶來的高成本和長(zhǎng)時(shí)間消耗等問題一直困擾著相關(guān)行業(yè)。然而，隨著3D打印技術(shù)的應(yīng)用，技術(shù)人員可以通過對(duì)拆卸下的零件進(jìn)行掃描，并實(shí)現(xiàn)參數(shù)的修正，利用3D打印技術(shù)制作更多的零部件內(nèi)容，從而提升關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的壽命，減少維修成本和時(shí)間消耗。

在進(jìn)行無庫存的零部件更換維修活動(dòng)中，相關(guān)模具的開發(fā)往往導(dǎo)致成本較高、消耗時(shí)間較長(zhǎng)等。在汽車零部件行業(yè)中，技術(shù)人員可以通過3D打印技術(shù)，對(duì)拆卸下的零件進(jìn)行掃描，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的修正，借助3D打印技術(shù)，制作出更多的零部件內(nèi)容，提升關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的壽命。在對(duì)進(jìn)口車輛進(jìn)行維修時(shí)，由于相關(guān)零部件的缺乏，進(jìn)口零件所消耗的實(shí)踐較長(zhǎng)，無法滿足用戶的需求。在汽車維修活動(dòng)中，往往需要借助專用工具，但由于這些工具的需求較少，往往無法很好的購(gòu)買。此外，在對(duì)進(jìn)口車輛進(jìn)行維修時(shí)，由于進(jìn)口零部件的缺乏，獲取所需零件往往需要較長(zhǎng)的等待時(shí)間，這無疑會(huì)影響用戶的使用體驗(yàn)。而借助3D打印技術(shù)，可以快速制作出所需的零部件，滿足維修需求，縮短等待時(shí)間，提高用戶滿意度。對(duì)于一些專用工具的需求，傳統(tǒng)購(gòu)買方式往往無法滿足因?yàn)檫@些工具的需求量較少。然而，通過3D打印技術(shù)，可以根據(jù)需要快速制作出專用工具，解決維修過程中的瓶頸問題，提高維修效率，降低成本。通過3D打印技術(shù)的應(yīng)用，有助于以上問題的解決，從而更好的滿足汽車零部件行業(yè)的發(fā)展，解決相關(guān)問題，取得更好的行業(yè)需求。

3.4 3D打印應(yīng)用到汽車零部件模具中

在當(dāng)今激烈競(jìng)爭(zhēng)的汽車行業(yè)，隨著零部件迅速更新，傳統(tǒng)的零部件制造工藝導(dǎo)致模具研發(fā)周期長(zhǎng)、成本高，成為汽車行業(yè)發(fā)展的一大障礙。近年來，將3D打印技術(shù)應(yīng)用于汽車零部件模具制造中成為解決方案，能夠快速成型模具，實(shí)現(xiàn)模具一體化，并優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造，推動(dòng)汽車零部件的發(fā)展。其中在汽車零部件模具中，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿屬于重要內(nèi)容，利用3D打印技術(shù)，企業(yè)能夠快速加工成型零部件，并通過測(cè)試確保連桿的力學(xué)性能符合要求。總的來說，3D打印技術(shù)的應(yīng)用不僅可以減少零部件模具的開發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，還有助于構(gòu)建復(fù)雜精密模具，取得更好的零件制作效果，推動(dòng)產(chǎn)品質(zhì)量的提升，為汽車零部件行業(yè)的健康發(fā)展提供保障。

3.5 3D打印在汽車材料中的應(yīng)用

隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)新材料的研究和開發(fā)提供了新的思路和可能性。通過從材料的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料功能的精準(zhǔn)控制，優(yōu)化傳統(tǒng)的材料制備工藝，從而推動(dòng)汽車零部件行業(yè)的發(fā)展。在近年來的發(fā)展過程中，許多汽車零部件行業(yè)通過3D打印技術(shù)的應(yīng)用，更好的進(jìn)行新材料的制備，為汽車行業(yè)帶來了一系列創(chuàng)新。在該技術(shù)的引導(dǎo)下，搭建復(fù)合材料機(jī)制。例如，在當(dāng)前環(huán)境下，寶馬汽車通過研發(fā)活動(dòng)的開展，設(shè)計(jì)出一款可充氣的3D打印材料，其特點(diǎn)可以借助指令從而轉(zhuǎn)變形狀與硬度，對(duì)汽車的內(nèi)飾進(jìn)行優(yōu)化，推動(dòng)乘坐舒適性的提升。同時(shí)其他研發(fā)人員通過合作，制作出高剛度與阻尼的新型材料，該技術(shù)雖然具有金屬一樣的硬度，但同時(shí)具有較強(qiáng)的柔韌性，可以接受強(qiáng)烈的振動(dòng)，使乘客獲得更好的駕駛感受，推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。另外，在當(dāng)前環(huán)境下，國(guó)外的技術(shù)人員還研發(fā)出了一種具有3D微晶格結(jié)構(gòu)的3D打印電池電極。這種電極結(jié)構(gòu)有助于實(shí)現(xiàn)可控的孔隙率。通過3D打印技術(shù)的靈活應(yīng)用，可以制造出復(fù)雜的3D電池架構(gòu)，可以更好的進(jìn)行電化學(xué)儲(chǔ)能配置，這為新能源汽車的發(fā)展提供了重要支持，拓展了電池融合的可能性，為汽車工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

綜上所述，在信息時(shí)代的背景下，3D打印技術(shù)得到了良好的發(fā)展，將其應(yīng)用于汽車零部件行業(yè)中，有助于汽車工業(yè)的發(fā)展。在當(dāng)前環(huán)境下，為了順應(yīng)時(shí)代需求，汽車零部件行業(yè)需要注重3D打印技術(shù)的應(yīng)用，將其融入到零部件研發(fā)、內(nèi)外飾件制造以及零部件模具的制作等環(huán)節(jié)。相較于傳統(tǒng)的汽車零部件行業(yè)，3D打印技術(shù)的應(yīng)用，有助于零部件開發(fā)周期的縮短，進(jìn)行更好的汽車零部件制作，保障汽車行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

基金項(xiàng)目：2022年度廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目—新能源汽車用鋁合金電機(jī)零部件3D打印成型研究（2022KY1345）。

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