3D打印技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)中的運(yùn)用與發(fā)展分析

姚層林

摘要： 計(jì)算機(jī)技術(shù)和移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，使得3D打印技術(shù)也迎來(lái)了發(fā)展的春天。汽車行業(yè)是影響我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)，設(shè)計(jì)是汽車行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，將3D打印技術(shù)應(yīng)用到汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域能夠有效解決汽車設(shè)計(jì)的技術(shù)問題。為此，文章在闡述3D打印技術(shù)內(nèi)涵和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，具體分析3D打印技術(shù)在混合動(dòng)力車、打印賽車、打印發(fā)動(dòng)機(jī)等汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用問題進(jìn)行探究，并立足現(xiàn)狀展望3D打印技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用。

Abstract： The rapid development of computer technology and mobile communication technology， makes the development of 3D printing technology also ushered in the spring Auto industry is important industry of our country's social and economic development， the design is the basis for the development of automobile industry， the applications of 3D printing technology to automobile design field can effectively solve the problem of car design technology. Therefore， on the basis of elaborating the connotation and characteristics of 3D printing technology， this paper specifically analyzes the application of 3D printing technology in the field of automobile design such as hybrid car printing， racing car printing and engine printing， and looks into the application of 3D printing technology in the field of automobile design based on the current situation.

關(guān)鍵詞： 3D打印技術(shù);汽車設(shè)計(jì);應(yīng)用現(xiàn)狀;應(yīng)用展望

Key words： 3D printing technology;automobile design;application status;application prospect

中圖分類號(hào)：U466? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?   ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）20-0195-02

0? 引言

在計(jì)算機(jī)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化普及的背景下，機(jī)械零部件、電子零部件開始以更加高的質(zhì)量、更加低的成本、更多元的樣式實(shí)現(xiàn)了多樣化發(fā)展，在一時(shí)間，3D打印技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，在汽車零部件的加工制造領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。同時(shí)，在“制造2025”計(jì)劃提出之后，汽車行業(yè)的輕量化、智能化發(fā)展問題得到了人們的普遍關(guān)注，這也成為未來(lái)汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)家的進(jìn)步、人們生活水平的提升，也加大了社會(huì)范圍內(nèi)各個(gè)領(lǐng)域群體對(duì)汽車的需求，汽車設(shè)計(jì)優(yōu)化問題被提上日程。為了能夠更好的做好汽車設(shè)計(jì)工作，文章就3D打印技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用問題進(jìn)行探究。

1? 3D打印技術(shù)概述

3D打印技術(shù)也被稱作是增材制造，主要是在數(shù)字化技術(shù)支持下來(lái)對(duì)規(guī)則或者不規(guī)則三維化、立體化固體物品處理加工所展現(xiàn)的能力。通過(guò)高效率的處理加工會(huì)讓物體快速成型。從應(yīng)用本質(zhì)上來(lái)看，3D打印技術(shù)是依托計(jì)算機(jī)技術(shù)所開發(fā)設(shè)計(jì)出的一種輔助性軟件，在這個(gè)輔助性軟件的作用下會(huì)對(duì)特定加工模型實(shí)施數(shù)字化切片處理，由此將實(shí)體模型加工改變?yōu)閿?shù)字模型，為相關(guān)人員的工作開展提供支持。

不僅如此，3D打印技術(shù)還能夠?qū)⒉煌螒B(tài)的金屬粉或者可塑性較強(qiáng)的材料分層次深加工、疊加處理，最終會(huì)打造出一個(gè)立體化的固態(tài)形物體。在完成打印操作之后還需要做好后期的處理工作，如固態(tài)化處理、打磨處理、維護(hù)修理、抽離處理等。

3D打印技術(shù)的基本實(shí)施工藝表現(xiàn)如下：光固化成型SLA、熔融層積成型FDM、三維粉末粘接3DP、聚合物噴射Polyjet、選擇性激光燒結(jié)SLS、選擇性熔化成型SLM、分層實(shí)體成型LOM。在具體實(shí)施操作的時(shí)候每個(gè)類型都有對(duì)應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)，其中，SLA成型速度較快、成型精準(zhǔn)度較高，但是設(shè)備的購(gòu)入成本比較高;FDM成型材料類型多，強(qiáng)度高，尺寸大，但是成型時(shí)間比較長(zhǎng)，精準(zhǔn)度不高。

3D打印技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)具體表現(xiàn)如下：第一，技術(shù)集成度高，在生產(chǎn)加工的時(shí)候能夠縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。在3D打印技術(shù)的支持下能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)和制造融合在一起，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案能夠設(shè)計(jì)出更高水平的樣品，從而使得最終生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品滿足消費(fèi)者的需要。第二，制造柔性較高。在3D打印技術(shù)的支持下僅僅通過(guò)CAD技術(shù)就實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的反復(fù)修改和優(yōu)化，并在這個(gè)過(guò)程中節(jié)省產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)間消耗。第三，可視化程度高。在3D打印技術(shù)的支持下能夠?qū)?chuàng)意設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S、立體化模型，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可視化設(shè)計(jì)，解決以往產(chǎn)品設(shè)計(jì)透明度低的問題。

2? 3D打印技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

3D打印技術(shù)適合應(yīng)用在汽車造型設(shè)計(jì)、汽車研發(fā)設(shè)計(jì)以及汽車的小批量生產(chǎn)加工，如汽車油泥模型的開發(fā)、車身內(nèi)外部裝飾零部件的開發(fā)，如通過(guò)使用SLA、SLS、Polyjet等能夠使得汽車的運(yùn)行速度、基本造型尺寸和外在形體滿足規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)要求，經(jīng)過(guò)一系列的加工整個(gè)汽車外形加工精準(zhǔn)度、顏色、光潔度等都會(huì)提升;通過(guò)使用SLS、FDM等能夠增強(qiáng)汽車零部件的耐化學(xué)性能、機(jī)械性能、光學(xué)性能，由此會(huì)使得的加工設(shè)計(jì)更加滿足規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn);通過(guò)使用SLS、FDM等能夠提升汽車的機(jī)械性能、老化性能，從而更好的提升汽車設(shè)備的穩(wěn)定性、耐久性。

2.1 3D打印技術(shù)在混合動(dòng)力車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在世界范圍內(nèi)，3D打印技術(shù)最早應(yīng)用在混合動(dòng)力車中的是Urbee。從設(shè)計(jì)構(gòu)成上來(lái)看，Urbee是以電池和汽油作為混合動(dòng)力燃料的三輪、雙座混合動(dòng)力汽車。在3D打印技術(shù)的支持下，該汽車具備其他片狀金屬材料所不具備的靈活性、可塑性。

在汽車設(shè)計(jì)的時(shí)候設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)會(huì)利用最新的Autodesk軟件來(lái)對(duì)Urbee車身實(shí)施數(shù)字建模處理，之后根據(jù)汽車的三視圖尺寸來(lái)打造出油泥模型，而后將油泥模型數(shù)據(jù)掃描錄入到CAD軟件中。

玻璃纖維是汽車設(shè)計(jì)的主要材料，被廣泛應(yīng)用在汽車玻璃鋼罩、擋泥板、車頂以及汽車制造模具上。在確定好材料之后，選擇熔覆工藝和CAD加工技術(shù)打造出動(dòng)力機(jī)車模型。在綜合考慮汽車設(shè)計(jì)零部件的基礎(chǔ)上將原材料切割成圓形橫截面，之后將其擠壓成絲狀，送入到帶有粘合劑的3D打印機(jī)噴頭中。在設(shè)備的運(yùn)作下會(huì)將材料加工到最為精細(xì)的程度。

2.2 3D打印技術(shù)在賽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

基于3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)出來(lái)的賽車僅僅需要消耗三周的設(shè)計(jì)時(shí)間，且在短暫設(shè)計(jì)時(shí)間范圍內(nèi)，賽車僅僅需要四秒鐘就能夠?qū)⑦\(yùn)行速度從零的狀態(tài)提升到96公里到141公里。為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)賽車外部構(gòu)造的一次性澆筑成型處理，設(shè)計(jì)者需要在考慮傳統(tǒng)車體零部件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上注重強(qiáng)化扣鉤、接頭對(duì)車身的連接，在具體設(shè)計(jì)的時(shí)候需要在汽車的左側(cè)面的撒熱片、擴(kuò)散器的后面打印出一個(gè)噴嘴，在噴嘴的作用下確保理想氣流順利穿過(guò)。另外，在造型設(shè)計(jì)層面，3D打印技術(shù)會(huì)將鯊魚皮質(zhì)材料應(yīng)用到車身的紋理加工設(shè)計(jì)中，由此會(huì)使得整個(gè)車輛的車身設(shè)計(jì)十分具備沖擊力。在3D打印技術(shù)的支持下還會(huì)通過(guò)一系列先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來(lái)減少車輛運(yùn)行的碳元素排放，實(shí)現(xiàn)賽車設(shè)計(jì)的低碳環(huán)保發(fā)展。

2.3 3D打印技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

奧迪RSQ是德國(guó)庫(kù)卡公司工業(yè)機(jī)器人使用3D打印技術(shù)加工制造出來(lái)的車輛，整個(gè)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)充分使用了3D打印技術(shù)的SLS成型工藝。全景前擋風(fēng)玻璃能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)縫銜接，在加工設(shè)計(jì)的時(shí)候會(huì)從前部一直延伸到車頂?shù)暮蟛?，由此?huì)為駕駛?cè)藛T以及乘客提供一個(gè)十分廣闊的乘車體驗(yàn)。不僅如此，在3D打印技術(shù)的支持下具備科技感的球體車輪會(huì)進(jìn)一步顯示出較強(qiáng)的視覺沖擊性。

3? 3D打印技術(shù)在汽車行業(yè)未來(lái)發(fā)展應(yīng)用中的應(yīng)用

3.1 突破傳統(tǒng)意義上汽車的造型設(shè)計(jì)

在3D技術(shù)的支持下，汽車外形將會(huì)迎來(lái)更深入的探索，一些比較復(fù)雜、夸張的汽車外形設(shè)計(jì)方案將會(huì)擁有實(shí)現(xiàn)的可能。比如在3D打印技術(shù)的支持下相關(guān)人員會(huì)對(duì)汽車設(shè)計(jì)的前后方案圖進(jìn)行綜合比對(duì)分析，而后從中選擇最適合的方案。

同時(shí)，利用3D打印技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)汽車外形的三維立體化設(shè)計(jì)，并將設(shè)計(jì)結(jié)果打印出來(lái)，最終驗(yàn)證汽車造型設(shè)計(jì)的合理性、美觀性。比如概念飛行器采取一體成型汽車骨架設(shè)計(jì)理念，基于這樣的設(shè)計(jì)要求如果仍然采用傳統(tǒng)的汽車設(shè)計(jì)方式將會(huì)加大汽車的設(shè)計(jì)生產(chǎn)難度。將3D打印技術(shù)應(yīng)用其中能夠?qū)?fù)雜的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化處理，在汽車行業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)候能夠?qū)Ω鱾€(gè)細(xì)節(jié)問題進(jìn)行深入的分析和改良。在未來(lái)，利用計(jì)算機(jī)工程軟件還能夠?qū)υO(shè)計(jì)圖紙進(jìn)實(shí)施精準(zhǔn)的校對(duì)分析，從而能夠更為全面的了解汽車的設(shè)計(jì)比例和各個(gè)零部件的協(xié)調(diào)問題，減少汽車投產(chǎn)后的維修操作。在3D打印技術(shù)的支持下能夠?qū)ζ嚦跗谠O(shè)計(jì)方案實(shí)施綜合比對(duì)，比對(duì)分析之后打造出三維立體化模型，完成對(duì)模型材質(zhì)、色彩方案的綜合模擬。

3.2 復(fù)雜形態(tài)和結(jié)構(gòu)的汽車內(nèi)飾裝飾設(shè)計(jì)

汽車外觀造型設(shè)流程也深刻影響汽車的投產(chǎn)，將3D打印技術(shù)引入其中能夠優(yōu)化汽車外部造型設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)外部色彩、材料、模型的綜合匹配。同時(shí)，在技術(shù)的支持下還能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)復(fù)雜零部件裝配的靈活性設(shè)計(jì)，最終會(huì)解決汽車內(nèi)飾設(shè)計(jì)的復(fù)雜性問題，實(shí)現(xiàn)汽車外在模型的精準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

3.3 物質(zhì)編輯器構(gòu)成未來(lái)的汽車機(jī)器人設(shè)計(jì)

物質(zhì)編輯器實(shí)現(xiàn)的前提是3D打印技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能結(jié)合在一起。在人工智能技術(shù)的作用下會(huì)獲取人類的需求信息，之后對(duì)這些信息進(jìn)行數(shù)字化語(yǔ)言翻譯。

物質(zhì)編輯器作為一種獨(dú)有的計(jì)算機(jī)算法編程會(huì)根據(jù)用戶的需要來(lái)生成滿足其需求的設(shè)計(jì)方案，這些方案的設(shè)計(jì)會(huì)滿足3D打印機(jī)材料和自身屬性，將設(shè)計(jì)好的方案轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。物質(zhì)編輯器在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)使得汽車行業(yè)不再是運(yùn)輸貨物的工具，而是可以作為人類社會(huì)進(jìn)步發(fā)展的智能機(jī)器人存在于人們的生活中。在未來(lái)，用戶可以使用物質(zhì)編譯器輸入自己對(duì)汽車設(shè)計(jì)的要求，汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)信息也會(huì)實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)化的發(fā)展，客戶會(huì)根據(jù)自己的需要來(lái)進(jìn)行汽車的設(shè)計(jì)，由此在這個(gè)過(guò)程中會(huì)解決汽車設(shè)計(jì)的時(shí)間消耗。

3.4 軌道智能分層的汽車內(nèi)飾設(shè)計(jì)

伴隨汽車市場(chǎng)的細(xì)分化發(fā)展，汽車的功能進(jìn)一步完善，各個(gè)類型的汽車出現(xiàn)在人們的實(shí)際生活中。為了能夠更好的增強(qiáng)人們對(duì)汽車的使用體驗(yàn)，在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域人們開始引入3D技術(shù)，在3D技術(shù)的支持下會(huì)對(duì)汽車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行打印，由此會(huì)使得汽車內(nèi)部墻體形成一定的空腔結(jié)構(gòu)，在這個(gè)結(jié)構(gòu)中會(huì)用來(lái)安置汽車內(nèi)部的服務(wù)設(shè)備，打造出內(nèi)外壁一體化的設(shè)計(jì)模型，在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域突破以往的設(shè)計(jì)局限，優(yōu)化汽車的設(shè)計(jì)加工。

4? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，從3D打印技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用我們可以發(fā)現(xiàn)，在短暫的幾年內(nèi)，不管是汽車零部件加工制造工藝，還是汽車外形精加工都開始呈現(xiàn)出精細(xì)化發(fā)展。在3D技術(shù)的支持下相信能夠更好的激發(fā)汽車設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)積極性，在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域充分凸顯出汽車的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙婧.3D打印技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究與前景展望[D].太原理工大學(xué)，2014.

[2]張佳偉，范衛(wèi)寧.3D打印技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析[J].工程技術(shù)（引文版）：00274.

[3]李靖.淺談3D打印技術(shù)在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（018）：207-208.

[4]張改卿，魏春雪.3D打印技術(shù)在汽車模具設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（002）：240-241.

[5]劉李明，陳超，包泓.3D打印技術(shù)在汽車燈具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].設(shè)計(jì)，2019，032（018）：98-100.