浅谈3D打印技术及其应用

浅谈3D打印技术及其应用

胡得义

一汽-大众汽车有限公司

摘要： 3D打印技术又属于增材制造技术，可以在没有常规的加工机床等情况下，快速直接的实现零件的单件生产。本文论述了3D打印的原理及技术特点，详细展示了3D打印技术在汽车生产行业的实际使用，并对3D打印技术的未来发展进行了展望。

关键词：3D打印技术、 效率高、应用前景

1、3D打印的原理及技术

本部分围绕3D打印工作原理、3D打印技术分类以及3D打印优点三个方面进行详细的介绍。

（1）3D打印工作原理

3D打印技术属于“增材制造”，实际上是利用光固化和纸层叠等技术，在一个平面上将塑料、金属等粉末状材料打印出一层，然后将这些可黏合的打印层一层一层的粘起来。最后就形成了一个三维物体。这打印技术称为3D立体打印技术。

3D打印技术的全过程基本包括CAD三维模型的建立、生成打印机可识别的文件格式、模型分层切片、模型的完整打印和后置实体修整处理等五个步骤。

（2）3D打印技术主要分类

SLS技术(Selective LaserSintering，粉末材料选择性激光烧结)

该技术主要是通过预先在工作台上铺一层粉末材料（金属粉末或非金属粉末，然后让激光在计算机控制下按照界面轮廓信息为实心部分粉末进行烧结，然后不断循环，层层堆积成型。

FDM技术（Fused DepositionModeling，熔融沉积）

FDM熔融堆积成型技术是将丝状的热熔性材料通过喷头加热熔化。三维喷头在计算机控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。通过材料逐层堆积形成最终的实体造型。

SLA技术(Stereo LithographyApparatus，光敏树脂选择性固化)

SLA技术，在液槽中充满液态光敏树脂，利用液态光敏树脂在紫外激光束照射下会快速固化的特性进行打印得到一层塑料薄片。这样层层叠加，完成一个三维实体的打印工作。

（3）3D打印技术的优点

1.提高生产效率 3D打印不需拼装，速度更快，还节省不少人力物力成本。

2.有效控制成本 制作新的物品和零件时，不需要引进新设备，可以直打印该产品，零件制造开发周期低，直接降低生产成本。

3.多样化产品及复杂产品可直接3D打印制作，制作方便快捷，实现可加工的同时，减少了不同加工设备的投入。

    3D打印技术在各行各业已经开始广泛的应用，在汽车行业也不例外，现在就结合日常实际工作展示3D打印技术在汽车行业应用的案例。

2、3D打印技术在汽车行业中的实际应用

3D打印技术在汽车行业有了普遍的应用。笔者认为3D打印应用包含：前期的产品造型方面的设计、用于小批量生产的模具制作和批量生产阶段辅助过程稳定的样板辅具等三个方面。具体案例介绍如下：

（1）前期的产品造型方面的设计案例

通过3D打印可以在数小时或数天内制作出概念模型，能短时间内更精确、更轻量化地将3D设计图转换成实物。某一零件通过常规铸造加工工艺，非轻量化，加工时间长。通过3D打印创新设计，在满足功能的同时，实现轻量化，大大节省材料成本和制作时间。

（2）用于小批量生产的模具制作案例

在汽车产品试制阶段，需要试装小批量的零件，零件生产一方面可以通过常规方法加工生产模具，通过模具生产零件，同时也可以通过3D打印技术制造模具，通过模具生产零件。两种制作生产模具方法相比之下，3D打印技术较常规方法技术可节省数月时间，同时成本也会有很大的节约。

（3）制作多样性的样板辅具应用案例

3D打印制作的样板辅具在整车质量管理工作中发挥着预防监控、快速分析、指导返修、稳定装配等作用，实现人效提升、成本减低、质量控制提升。

1）快速分析简易检具的应用

车门密封胶条是汽车的重要零部件之一，具有填补车身组成部件间的各种间歇、缝隙的作用，具有减震、防水、防尘、隔音、装饰等功用，能有效防止风雨侵入到车厢内，并提高驾乘人员的舒适感。因此车门密封条Y向位置的准确装配尤为重要。对于车门上密封条Y向装配位置，目前没有快速的验证分析手段，利用移动三坐标测量分析的方法无法实现快速的现场及批量验证。通过利用3D打印技术快速制作分段式车门密封条Y向位置的检具，可以在10分钟完成检测。相对于三坐标测量的12小时，效率提升数倍，同时通过该检具，快速调整密封条在安装设备的Y向位置，快速实现密封条Y向的准确控制。车门密封条Y向简易检具见下图1。

图1  车门密封条Y向检具     图2  用于翼子板装配的辅助工具     

2）提高装配稳定性的简易装具应用

翼子板处于车门前部两侧，与车门前部直接搭接，由于翼子板的特殊位置使得翼子板的辨识度极高。在用户越来越感知表面质量的前提下，翼子板下角与车门的Y向面差控制也及其重要。在没有辅助工具情况下，人员操作很难控制好翼子板的Y向装配，会出现翼子板与车门面差控制不好的情况，会大大降低用户的精致感知，而后续的返修也会浪费工时，增加整车质量控制成本。通过自主开发设计并3

D打印制作的用于翼子板装配的辅助工具，操作者可以稳定的控制每台车的翼子板Y向位置，保障了翼子板与车门面差控制。用于翼子板装配的辅助工具示意图见图2。

3、3D打印技术的未来发展及应用前景

（1）3D打印技术的未来在于材料

打印材料是3D打印技术应用与发展的关键。3D打印仍然需要不断地开发新材料。如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及复合材料等。

（2）3D打印技术满足个性化需求

随着3D打印技术的不断发展与成本的降低，消费者可以通过3D打印技术满足他们的个人品味和偏好，3D打印技术走入千家万户不无可能。消费者可以用3D打印设备来打印他们个性化的鞋子、餐具；也可以打印汽车零部件。

结束语：

3D打印改变了制造业的流程，3D打印技术在诸多领域展现出了强大的应用优势。后续通过提供更多种类的打印材料、降低打印设备使用成本，我们相信，在不久的将来，3D打印也会像电脑、手机一样进入我们每一个家庭，融入我们的生活。