3D打印技术在汽车制造与维修领域应用研究

3D打印技术在汽车制造与维修领域应用研究

作者：陈林芳

来源：《时代汽车》2020年第13期

摘 要： 3D 打印技术作为一项新兴的科学技术，其诞生于第三次工业革命。3D 打印技术综合了目前各个产业的尖端技术，其中包括信息技术，材料科学，计算机技术等等。并且随着人们对于3D 打印技术的需求不断加大，3D 打印技术也逐步地走向了成熟，这使得其在各个领域可以发挥作用。本论文主要探讨了3D 打印技术在汽车制造与维修领域的应用，并对其进行综合分析。

关键词：3D 打印技术 汽车制造 维修 应用研究

3D 打印技术目前已经越来越成熟，并且已经应用于相当多的领域中，例如汽车工业，航空航天，医疗，建筑等等各个领域中。3D打印技术主要是依赖于计算机技术与新型的材料科学技术。其主要工作原理是利用计算机建立一个三维的模型，并使用特定的易成形的材料，例如粉末状的金属，高分子材料，各类高聚物等等来对计算机所建立的数字模型进行打印，将数字模型实体化。通常人们会使用3D 打印技术来对模具，细小零部件等这类工艺要求复杂，形状不常见，精度要求较高的物品进行打印。3D 打印技术充分的连接了计算机技术，材料科学技术与各类实体行业，使得这些行业都可以享受第三次工业革命的发展成果，这可以有效地带动行业的发展。

1 3D 打印汽车零部件的优势所在

使用3D 打印技术来制造汽车零部件相对于传统的零部件制造业来说，具有许多的优势。由于3D 打印技术是基于计算机技术进行研发的，其主要使用计算机来进行数字模型的建立，相较于传统的制造业的使用实体模具的方法具有设计周期较短，模具尺寸设计精确，可行性验证非常容易且可操作性较高等等优势。并且传统的汽车零部件制造业对于模具的制造需要经历一个非常复杂的周期，普通汽车零部件制造企业对于一个模具的研发，制造到投入使用往往需要经过三个月以上的时间。这对于制造企业来说意味着需要耗费大量的人力、物力，并会在其中产生大量的资源浪费，这不利于零部件制造企业的发展。但是，3D 打印不需要如此复杂的周期，通常是在计算机上对模具进行研究和验证，得到各种可行的数字模型，最后用3D 打印机直接将零件成型，无需定制夹具、刀具等。一般来说3D 打印从研发到生产只需要耗费六天左右，因此3D 打印技术制造汽车零部件具有更高的效率。并且随着材料科学技术的不断发展，越来越多的材料经过改性已经可以使其用作3D 打印中。在3D 打印技术刚诞生之初所使用的材料往往只局限于高分子类的高聚物材料，例如树脂、塑料等等，而这些材料往往无法运

用在许多制造行业中。随着科学家们的不断研究，目前已经研发出金属粉末材料，使得金属材料也可以通过3D 打印技术来进行生产，并且在打印周期上与所使用的树脂，塑料等材料并无太大区别，因此对于汽车零部件的制造有很重要的意义。通过3D 打印所打印得到的产品相较于传统制造业所制造得到的零件，具有精度较高，力学性能较稳定等优点。因此3D 打印对于汽车零部件制造与维修具有非常重要的意义。 2 3d 打印技术在汽车制造工作的具体应用 2.1 各类零件的制造

3D 打印技术常常被应用于汽车制造时各类零部件的制造。由于汽车的构成较为复杂，其中所含有的零部件种类非常多，因此在对汽车零部件制造时，可以用到3D 打印技术。如果汽车制造企业使用传统的汽车制造方法来进行零件的生产，那么对于每一个零件都需要对其进行相当大的成本投入，企业往往需要为其制作相应的模具，并与之相匹配的夹具、刀具等等，同时还要对不同的零件进行可行性操作的验证，对于汽车制造企业来说，无疑是一笔巨大的投入。同时传统的汽车制造方法对于零件的精确程度没有很高的保证，许多零件被制作出来后其公差范围较大，次品率较高，零件故障率也较大，这对于汽车制造业的发展极为不利。而3D 打印技术所生产的零件则较为精细，力学性能也较为可靠。并且在处理一些突发状况时，3D 打印技术有着绝对的优势，例如在汽车制造时，某一些零件出现意外问题，此时就可以使用3D 打印技术来进行紧急的修复，3D 打印技术相较于传统的制造技术，其生产周期非常短，并且可以使用加急打印，可以在短时间内解决意外产生的问题。这可以减少企业为了应对突发情况所准备的库存零件，可以在一定程度上增加企业的资金流通程度，促进企业的发展。 2.2 复杂模具的更高效、便捷的制造

3D 打印应用于汽车制造业中还有一个非常重要的作用，就是制作复杂模具。随着汽车制造业的发展，制造工业水平的提高，汽车的零部件中出现了许多具有复杂结构且较为精细的零件，这些零件由于极其复杂，因此其模具很难通过简单的一体成型的方法制作完成。在传统的汽车制造业中，制造这些复杂的模具往往需要用到拼接，鑲嵌等各类复杂的技术。这极大地提高了模具的制造成本与时间投入，同时也降低了模具的精确性与模具各项力学参数，对于模具的抗疲劳能力有很不利的影响。而3D 打印技术可以将模具一体成型，不再需要拼接等方式来制造模具，3D 打印技术中选取激光烧结技术可以直接制作模具，这对于汽车制造企业控制模具投入成本有着极其重大的意义。同时3D 打印技术所制造的复杂模具精确度很高，力学性质非常的稳定，这对于模具的实用性有很大的提升。因此使用3D 打印技术来进行复杂模具的制造，对于汽车制造企业来说，有着极其重大的意义，其也可以有效地促进汽车制造产业的发展，加速汽车制造企业的发展速度。 2.3 实现轻量化零件的更有效制造

随着相关部门推出的绿色发展的理念，汽车制造行业也需要积极的响应部门号召。因此汽车制造业需要降低汽车的自重来减少能源的消耗以及污染产物的排放。降低汽车的自重主要是通过制造轻量化的零件来实现，而轻量化零件的设计与生产具有许多的问题，如何在保证零件力学性能稳定的情况下降低零件的自重是传统汽车零件制造行业所遇到的一个巨大的问题。而使用3D 打印技术可以很好地解决这一问题3D 打印技术可以在确保了零件力学性能的情况下，有效地制作出轻量化零件。例如Fortus900mc 生产型的3D 打印机就可以生产出比同等质量黏土还要轻的且可以保证力学性能的零件。这为汽车行业响应可持续化发展提供了技术保障。

3 3D 打印技术在汽车维修中的应用 3.1 3D 打印技术在零部件维修工作中的应用

在目前的汽车维修行业中普遍存在着以下几个问题，首先对于一些老旧车型的零件库存不足，许多有些年份的车型或是已经绝版的车型在维修时，常常会碰到没有零件可以更换等问题，这给汽车维修行业带来了消极的影响，也使得许多车主的维修体验不佳。第二，对于一些限量版的车型以及一些小众车型，市面上所制造出来的零件数量极低，零件的储备严重不足。由于这些小众车型在市场上比较少见，因此市场对于这些零件的需求并不太大，如果为了较小的需求，而去单独对零件进行开模制造，那么对于维修行业的成本控制有着不利的影响。第三，汽车维修店与各大4S 店也会面临着零件储备不足的现象，零件的储备需要充足的资金作为保障，如果需要足够的可以应付市场需求的零件储备，那么对于4S 店、各大维修厂的资金压力有很大的考验。而针对于这些问题，3D打印技术可以有效地进行解决。各大维修店厂4S 店往往只需要保存不同零件的数字模型，并在需要时调用数字模型进行3D 打印来制造出所需要的零件，以进行更换维修等操作。这对于维修厂与4S 店来说，既可以减少对于零件库存资金的投入，缓解了现金流压力，也可以提高顾客的维修体验，使得相应的零件可以在极短的周期内进行更换与使用。目前在汽车维修行业中已经有许多零部件采用3D 打印技术进行生产，例如后视镜，门把手，汽缸，各类齿轮等部件。因此使用3D 打印技术对于提高整个汽车维修行业的维修效率，降低各大汽车维修厂4S 店的现金流压力，提高车主的维修体验都有很大的帮助。

3.2 3D 打印技术在维修工具中的应用

在进行汽车的维修中，许多具有复杂形状的零件往往需要特定的维修工具来进行安装与拆卸。使用3D 打印技术则可以很好地制造出相应的维修工具。3D 打印技术可以在电脑上针对于不同零件的尺寸与规格，对相应的维修工具进行精确的建模，使得其具有标准的尺寸与规格，可以完全匹配所需要進行维修的零件。这对于汽车维修行业来说，具有非常重大的意义。 4 结语

汽车制造行业与维修行业在不断的发展中遇到了许多实际的问题，而3D 打印技术作为一项新兴的技术，可以有效地解决汽车制造行业与维修行业所遇到的各类问题。3D 打印技术目前已经在汽车零部件的制造与复杂模型的制造和维修零部件与维修工具的制造中有了许多的应用。3D 打印技术的应用对于汽车制造业与维修行业的发展有了极大的促进作用，并给整个汽车行业的发展带来巨大的影响。 参考文献：

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