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3D打印技能及其对汽车行业的影响

发布时间:2018-12-12 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    3D打印技能及其对汽车行业的影响作者: 李小庆   摘 要:与传统加工方式不同,3D打印技能是一种添加制造技能,其事务原理和传统加工方法也不一样。3D打印技能常见的有七类,着重介绍了选择性激光烧结、熔融沉积成型、直接金属激光烧结、光敏树脂选择性固化工艺四种的技能说明、优点、缺点。在汽车行业中,3D打印也有着广泛的应用,重点说明了汽车整车打印、汽车外形设计、个性化定制汽车等在汽车行业中的应用。作为新型的加工方式,3D打印也存在很多不足之处:打印材料及其强度、打印机速度、打印的价格。
  关键词:3D打印技能;汽车行业;影响
  与传统的“去除材料”加工方法不同,被称为“具有工业革命意义”的3D打印(3D Printing)是一种“添加制造”(Additive Manufacturing)技能。与传统技能相反,“添加制造”技能是选取层叠方式制造零件的方法。[1]
  经过数十年的发展,3D打印技能已经逐渐成熟,价格有所降落,应用在多种学科领域上,例如:外科医生打印器官;产品设计人员将设计的三维模型打印出来,做原型测试等。3D打印行业连续第二年增长达10亿美元,总市值在2015年已经接近51.65亿美元。[2]
  1 3D打印原理
  3D打印的步骤常常分为以下四步,如图1所示。各个步骤的详细说明如表1所示。[3]
  2 常见打印方法
  常见的商品化的3D打印机有七类,其中以SLA、SLS、FDM 和DMLS等四类为主[4-5]。这四类打印技能常见的信息如表2所示。根据打印零件的材料、结构、使用条件选择合适的打印方法。
  3 3D打印在汽车家当上的应用
  3D打印具有数字制造、降维制造、堆积制造、直接制造、快速制造等特点[1],在汽车领域有着很广泛的应用,本文从汽车整车打印、汽车外形设计、个性化定制汽车等方面来说明3D打印在汽车行业的应用。
  3.1 汽车整车3D打印
  近些年,已有多个公司选取3D打印技能制造汽车整车。表3列举了汽车整3D打印的历史,3D打印厂商与汽车厂商的合作越来越紧密,这一合作势必会推动汽车业的发展。汽车整车打印历史如表3所示。
  3.2 汽车外形设计
  在进行一款汽车设计的初期,需要设计汽车的外形。汽车的外形对汽车销量有着很大的影响,在设计时需要考虑到美学、空气动力学、汽车的车型、材料工艺、价格成本等。图3为传统汽车造型设计流程。
  在这个流程中,着重介绍油泥模型。油泥模型便是在数据模型的基础上,用油泥、泡沫等材料做出实物来。在设计前期做小比率油泥模型,设计后期做1:1的全尺寸油泥模型。全尺寸实物油泥模型,主要作用有两个:(1)直观展现出设计师的设计,能够在实物上直接批改。在油泥模型长进行批改是对照容易了,能够直接用刮刀调整汽车造型曲面。(2)对车身外部进行风洞试验。汽车在行驶过程中,会受到空气阻力的作用,而且车速越大阻力越大。在设计阶段做风洞试验,便是模拟汽车在高速行驶的情况下,检测受到的阻力、升力等数据,以便设计人员对车身进行优化。[5]
  引入3D打印后,汽车的外形设计流程大大简化,如图4所示。
  在使用3D打印技能后,不但仅是设计流程大大简化,更是节省了大量时间和金钱。如果车型需要批改,只需批改三维模型,打印3D样车,新车的外形设计就能够完成。在汽车更新换代相当快的今天,选取这种方式设计的汽车厂商,会具有更快的设计周期,更多的产品类型。
  3.3 个性化定制汽车
  汽车在设计和生产的过程中,设计师要考虑人机工程学来设置汽车座椅高低、仪表盘交代、后视镜大小等。人机工程学是根据大局部客户的数据进行测量和统计的,采用最佳的设计方案,无法兼顾每个客户的需求。每个客户买的车都是从生产流水线上批量生产,毫无个性化可言,面对自己不喜欢或者是不合适的外形、配置等只可被动的接受。如果客户在传统生产方式下要求个性化,则会付出极高的经济代价。
  3D打印技能的出现,让客户有了个性化定制汽车的可能。消费者可根据自身条件、性别、动作习惯对厂家提出个性化要求,比如汽车外观的改变、颜色要求、后排座椅变更、仪表盘排布等。在这种方式下,生产成本不会大幅提高,却能够给客户提供个性定制化独一无二的汽车。
  4 目前3D打印技能存在的问题
  3D打印技能经过多年的发展,已经有了很大的进步,然而在很多方面和传统加工方法相比依然存在不足,有以下几方面问题:
  4.1 3D打印材料及其强度
  目前3D打印材料主流的是金属、树脂、塑料,其他的材料还在研讨阶段,需要研发出更多的材料才能在更多领域的大规模使用。根据所需零件的要求开发新的材料,并建立材料本能参数、打印方法、打印零件测试方法的数据库。即就是如今可以打印出一些金属零件,然而对于有些零件要求的高强度高韧性金属材料,如今依然存在技能难点。
  3D打印由于选取添加制造的制造,原材料每层之间是叠加的关系,层与层之间的连接不如传统的铸锻焊等加工方法。在垂直层方向上的受拉受压强度也不如传统方法。对照多的时候,打印零件只可用做原型,其原因是因为零件表面质量和精度不高。
  4.2 3D 打印�C速度
  3D打印机由于层叠的生产方式,其速度目前还不能满足大规模生产的需要。零件的打印体积会直接影响材料数量、成本、打印时间比如:如果要打印三倍体积的零件,花费的时间和成本将是原来的27倍,越大的零件将花费更多的时间。
  4.3 3D打印的价格。
  3D打印选取材料与传统材料不一样,单单从经济的角度考虑,没有明显优势。在3D打印家当化没有完全变成时,原材料的价格对照高。对于工业生产,3D打印核心设备贵,即3D打印机的投资大,耗材贵。对于企业而言,前期加入相当大,也会造成打印零件价格高。
  5 结束语
  “具有工业革命意义”的3D打印技能在汽车行业中有着广泛的应用,汽车整车打印、汽车外形设计、个性化定制汽车等应用已经对照成熟。但3D打印还是存在不少的问题,其打印的材料和强度、打印速度、打印价格有待进一步提高。能够肯定的是在未来汽车行业中,随着3D打印技能的发展,使用范围会更加辽阔。
  参考文献
  [1]李小丽.3D打印技能及应用趋势[J].自动化仪表,2014(1):1-5.
  [2]黄健.3D打印技能将掀起“第三次工业革命”[J].新材料家当,2013(1):62-67.
  [3]程美.3D打印技能及其对汽车设计的影响[J].汽车工程师,2015(10):13-15.
  [4]王菊霞.3D打印技能在汽车制造与维修领域应用研讨[D].吉林大学,2014.
  [5]赵婧.3D打印技能在汽车设计中的应用研讨与前景展望[D].太原理工大学,2014.
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