3D打印在汽车零部件制造和维修领域的应用

3D打印在汽车零部件制造和维修领域的应用

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1. 身份证：330381199208300718  浙江，温州  325000
2. 身份证：330325197512085039  浙江，温州  325000

摘要：现阶段，汽车产业正朝着轻量化、智能化、绿色环保方向发展，对零部件的轻量化设计要求越来越高，3D打印技术可以应用于汽车零部件的减重和结构优化设计，满足汽车轻量化要求，同时解决传统加工方法难以实现的复杂零件的制造难题。从汽车产业的发展趋势看，3D打印在汽车零部件制造和维修领域具有巨大的应用潜力，基于此，笔者根据自身多年行业经验，对3D打印在汽车零部件制造和维修领域中的应用进行分析与讨论，希望能够对相关企业有所帮助。

关键词：3D打印技术；零部件制造；维修

由于汽车制造行业的复杂性导致许多汽车零部件在生产和维修过程中仍然采用传统的工艺，不仅生产效率较低且容易出现一定误差，但随着3D打印技术的问世与普及，这些问题也逐渐被解决。3D打印是一种快速成型技术，通过使用粉末或金属、塑料或其他可粘合材料，通过逐层堆积来制造并打印出复杂形状和尺寸的物体。从目前来看，3D打印技术已经成为汽车行业发展的热门话题，并成为汽车行业新产品开发和创新的重要工具，汽车制造厂商通过应用3D打印技术可以在缩短产品开发周期的同时降低产品开发成本。

一、3D打印技术概述

（一）3D打印技术的原理

3D打印技术是一种以3D模型文件为基础，通过逐层打印的方式来构造物体的快速成型技术，其主要借助计算机辅助设计软件（CAD）和计算机数控系统（CNC）的结合应用来实现增材制造的过程。在进行3D打印过程中，技术人员需要先借助CAD软件对3D模型进行导入或创建，然后将模型传输到3D打印机的操作软件中采取切片处理的方式将其切割成一系列薄片作为逐层打印的基础，随后3D打印机根据切片的信息将热塑料线材以及其他打印材料输送至打印头，最后打印头加热并将材料趁机在打印平台的指定区域来完成第一层打印，进而形成逐层堆叠的方式来完成最终物体的打印。在现代工业生产中，许多汽车生产企业将3D打印技术应用于模具生产和零部件制造领域中，并随着相关技术的不断完善与创新，已经获得良好效果[1]。

（二）3D打印技术的特点

在当前世界经济与科技飞速发展的形势下，3D打印技术应运而生，对工业生产模式产生了深远影响，传统的工业生产为设计部门负责产品的设计和开发，制造部门负责产品的生产和加工，设计与制造相分离，信息传递受到限制，而应用3D打印技术可以大幅提高工业生产的融合性、集成度，能够有效降低人力资源、物力资源、时间资源的浪费，促使生产流程得到了优化、生产效率得到了显著提升，体现出更高的智能化、科技化水平。其次，在涉及到零件维修时，传统的维修工作往往需要大量的图纸和文档，这些都需要耗费大量的纸张和颜料，既损耗了资源也对生态环境造成一定负面影响。而将3D打印技术与信息化技术两者相互融合并应用在维修工作中，能够提高故障检出的效率，根据故障问题快速、精确地指出所需的零部件或工具，减少了维修时间和成本，使得维修工作更具灵活性和高效性。基于此，应对3D打印技术给予更多关注与重视，对该技术加大更新与研发力度，使其能够助力于工业生产水平的进一步增强[2]。

二、3D打印技术在汽车零部件制造领域中的应用

（一）零部件制造

汽车制造的实质是由各种各样的零部件和机械设备与电子系统所组成的，因此汽车在生产全过程周期内会涉及到多种类型和结构的零部件，而这些零部件的制造成本、生产周期以及原材料消耗都是衡量汽车性能的重要标准。汽车生产制造企业为了能够大幅度降低汽车的生产周期，通常会将3D打印技术应用于内部各零部件的制造过程中来提高零件的生产效率与质量，进而实现生产成本的全面优化。此外，3D打印技术应用于汽车零部件生产过程中可以对各种零件在设计过程中所存在的误差进行分析与识别，并快速对其可行性进行审核，进而降低因调整设计图纸所增加的开发周期。比如：在生产汽车辅助类零部件时可以不借助任何金属和模具来简化制造流程，进而降低中间制造环节所消耗的人力和物力成本[3]。

（二）轻量化零件制造

汽车行业为了持续推进绿色制造和可持续性发展，逐步对汽车生产制造企业设立了更为严格的行业标准，要求各大汽车生产厂商在生产制造与使用维修阶段都要按照国家所制定的节能减排和轻量化操作等方向迈进。因此，一些汽车厂商在发展新能源汽车的同时也尽可能通过降低汽车零部件重量等方式来减轻汽车的自重，进而实现能源消耗的降低，而3D打印技术可以通过中空夹层、薄壁加筋结构和镂空点阵结构的设计来实现汽车零部件的轻量化效果。例如：宝马集团已经通过3D打印工艺技术生产了100万个零部件，并在高性能车型中使用了3D打印的气缸盖，充分说明3D打印技术在汽车零部件轻量化方面具有巨大的潜力和优势。

（三）复杂磨具制造

传统的汽车零部件制造通常需要使用模具和CNC机械加工，这些钢模具的制造及加工需要大量的时间和成本，而3D打印技术可以直接根据设计图纸制造出实体模型，在简化中间环节的同时还能提高制造效率。此外，3D打印技术以其高灵活性可以帮助汽车制造厂商根据消费者或设计师的需求来实现个性化定制，直接打印出具有复杂曲面和结构的汽车零部件，进而满足市场的多样化需求。

三、3D打印技术在汽车维修领域中的应用

（一）生产维修工具的3D打印

在汽车维修领域中利用3D打印技术生产汽车维修工具时，需要对维修工具的形状、尺寸与大小等参数进行重点关注，确保各项参数能够满足常规汽车零部件维修需求的同时还能达到一些新型、特殊的零部件或位置的维修标准。创建工具数字模型时通常会借助三维逆向扫描技术来对数字模型的文件进行获取，也可以借助高性能复合材料来满足作业速度和层厚等方面的具体需求。例如：使用3D打印技术生产维修扳手时要先对维修扳手的数字模型进行构建，随后借助RorE系统处理切片、3DP技术测量扳手的尺寸，最后加入相关打印材料进行打印与打磨处理。在此过程中，技术人员可以根据汽车零部件的实际尺寸以及汽车维修部位的实际情况来调整维修扳手的各项参数，使其能够充分满足各类使用场景和维修需求，进而在提高汽车维修效率的同时减低维修和制造周期，使汽车企业获得更为可观的经济效益。

（二）维修零件的3D打印

在汽车制造领域中，汽车维修与汽车生产两种工作大相径庭，汽车厂商出于保护知识产权、维护技术成果和商业利益的目的，通常不会与外界分享与汽车零部件相关的详细数据或数字模型，由于难以直接获取来自汽车厂商的原始数字模型相关信息，这就给汽车维修人员的故障诊断、部件更换或性能升级方面的工作带来较大难度与限制，增加了维修的难度，在这种情况下，就需要汽车维修人员通过实物扫描的方式获得数字模型，即使用扫描仪、红外线设备等先进技术设备对汽车零件进行全面化、高精度扫描，扫描过程中完成一系列数字切片并收集显示的相关数据信息，然后将这些数据转化为三维数字模型，然后进一步转化为零件的模型。在接下来的工作中，就可以根据获取的零件模型选择与之对应的制造材料进行3D打印。3D打印技术能够应用在汽车制造的各个方面，如制造汽车的后视镜、维修汽缸故障问题，以及开展传动系配件、转向系配件、车身配件的3D打印工作，这样操作能够有效提高汽车零部件的耐损耗性能、延长零部件的实际使用期限，也能够有效控制成本并提高制造效率，从而确保汽车制造领域能够创造更大的经济效益。

结语：综上所述，3D打印技术在汽车制造领域中已经得到了广泛应用，该项技术不仅可以为汽车行业提供更多的功能和用途，同时也可以缩短汽车的制造时间和成本，因此本文重点对该技术在汽车零部件制造和维修这两个方面进行论述。

参考文献：

[1]郭秋华,张承伟,金龙娥.3D打印在汽车零部件制造和维修领域的应用[J].锻造与冲压,2023,(23):46-50.

[2]张宇杭.3D打印技术在汽车维修中的应用探微[J].汽车实用技术,2021,46(11):202-204.

[3]李晨.3D打印技术在汽车制造与维修领域应用研究[J].汽车实用技术,2021,46(10):198-200.