3D打印技术推动汽车制造变革 六大技术全解析

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据国外媒体报道，未来的3d打印技术将在汽车等各个行业发挥极其重要的作用，未来的制造工厂将由许多工业级3d打印设备组成。随着各种3d打印技术的不断发展，未来汽车制造业将发生巨大的变化。

三维打印技术在汽车工业中的应用及前景

虽然3d打印技术在汽车行业的应用还处于相对早期的阶段，但是这项技术的应用已经在汽车行业掀起了新一轮的制造技术创新。

2014年，美国洛克汽车公司利用其印刷设备，以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料和碳纤维混合物为材料，建造了世界上第一台3d印刷车辆strati。

2016年，本田发布了一款新版本的微型通勤电动车，也是用3d打印技术制造的。随后，其他汽车公司纷纷效仿，利用3d打印技术制造关键零部件，旨在确保产品质量一致、产品性能可靠，并积极争取不断缩短生产准备阶段的耗时。

根据一份名为《2025年全球3d打印汽车市场分析及发展趋势行业预测》的新报告，到2025年，3d打印设备的应用将增加10%，大部分设备将用于汽车和卡车零部件的制造。

3d打印技术及其优缺点分析

目前，汽车行业已经采用了多种3d打印技术，包括电子束熔化、熔融沉积建模、分层实体制造、3D打印、立体光刻建模和选择性激光烧结。以下是边肖汇编的技术清单:

电子束熔炼

Ebm技术是一种新的先进的金属快速成型附加制造技术，它用电子束代替激光打印头或热打印头，电子束熔化工艺常用于制造致密的金属零件。

技术原理:

首先，将零件的三维实体模型数据导入到ebm设备中，然后在ebm设备的工作腔中平铺一薄层细金属粉末。利用高能电子束偏转聚焦后产生的高密度能量，被扫描的金属粉末层在局部微小区域产生高温，导致金属颗粒熔化。电子束连续扫描将熔化和固化微小的金属熔池，并在连接后形成线性和平面金属层。

优点:

1.电子束穿透能力强，焊缝深宽比大，可达50:1。

2.焊接速度快，热影响区小，焊接变形小。

3.真正的空环境有利于提高焊接质量。

4.良好的焊接可及性。

5.电子束很容易控制。

缺点:

1.设备复杂，成本昂贵。

2.焊接前对接头加工和装配要求严格，以保证接头位置准确，间隙小且均匀。

3.当用真空电子束焊接时，待焊接工件的尺寸和形状经常受到真空腔的限制。

4.电子束容易受到杂散电磁场的干扰，影响焊接质量。

5.电子束焊接过程中产生的x射线需要严格保护，以确保操作人员的健康和安全。

熔融沉积建模

这是一种附加制造技术，通常用于建模、原型制作和生产应用。这种3d打印技术是由美国学者斯科特·克伦普于1988年成功开发的。一般来说，fdm利用高温将材料熔化成液态，通过印刷头挤压后固化，最后通过将它们布置在三维空室上形成三维物体。

技术原理:

具有低熔点的细丝材料通过加热器的挤压头熔化成液体，并且热塑性材料的熔化细丝通过喷嘴被挤压。挤出头精确地沿着零件的每个部分的轮廓移动，以挤出半流动的热塑性材料。在沉积和固化之后，形成实际零件的精确薄层，该薄层覆盖已构建的零件并在0.1秒内快速固化。每层成型后，工作台下降一层，喷嘴对下一层截面进行扫描旋压，这样一层一层重复沉积，直到最后一层，这样从下到上一层一层地堆叠实体模型或零件。

优点:更高的成型精度，更高的物理强度和颜色成型。

缺点:成型后表面粗糙

分层实体制造

也被称为层压成型，它是由美国合力公司的迈克尔费金于1986年成功开发的。

工艺原理:采用薄板材，如纸、塑料薄膜等。预先在板材表面涂覆一层热熔胶，在加工过程中，用热压辊对板材进行热压，使其与下方成型的工件粘合；用co2激光在新粘结层上切割出零件的截面轮廓和工件的外框，并在截面轮廓和外框之间的多余区域切割出上下对齐的网格；激光切割完成后，工作台带动成型工件下降并与带材分离；送料机构转动接收轴和送料轴，带动料带移动，将新的一层移至加工区；工作台上升到加工平面；热压辊热压，工件层数增加一层，高度增加一个材料厚度；然后在新图层上切割剖面轮廓。重复这一过程，直到零件的所有部分都被粘合和切割，并获得分层制造的实体零件。

优点:

1.成型速度快。因为只需要激光束沿着物体的轮廓切割，所以没有必要扫描整个截面。因此，成形速度非常快，这种技术常用于加工内部结构简单的大型零件。

2.样机精度高，翘曲小。

3.该样机可以承受高达200摄氏度的温度，具有高硬度和良好的机械性能。

4.不需要设计和制造支撑结构。

5.它可以被切割。

6.废料容易剥离，不需要后固化处理。

7.可以制作大型原型。

8.原材料便宜，样机制造成本低。

缺点:

1.塑料原型不能直接制造。

2.原型的拉伸强度和弹性不是很好。

3.原型容易吸湿膨胀，所以成型后表面应尽快防潮。

4.原型表面具有阶梯纹理，这使得难以构建具有精细形状和多曲面的零件。因此，成型后应抛光表面。

在上图所示的快速原型机上，横截面轮廓被切割和叠加以形成产品。其中，所需的工件被废料方块包围，在这些方块被消除后，可以获得3D工件。

lom常用的材料有纸、金属箔、塑料薄膜、陶瓷薄膜等。除了制造模具和模型，这个过程还可以直接制造结构部件或功能部件。

这种快速成型技术的出现也可以满足车灯结构和外观发展的需要，上图中的零件采用了这种技术。

三维打印

与传统的二维喷墨打印类似，它可以打印出超高细度的样品，适用于细小零件的快速成型。

技术原理:

沿X轴前后滑动，在成型室内涂上一层超薄感光树脂。每层铺好后，喷嘴架边缘的紫外球立即发出紫外光，使每层光敏树脂迅速固化硬化。该步骤减少了使用其他技术所需的后处理过程。印刷完每一层后，机器内部的成形底盘将会非常精确地下沉，喷嘴将继续一层一层地工作，直到原型完成。两种不同的光敏树脂材料用于成型:一种是用于成型固体部件的成型材料，另一种是用于支撑部件的胶体支撑材料。

优点:高成型精度和彩色成型。

缺点:成型表面粗糙，材料强度差，成型后表面细节差。

立体光刻建模

技术原理:

首先，通过软件将三维数字模型切割成多个平面，形成多个截面。工作时，有一个可以升降的平台。平台周围有一个液体罐，里面装满了可以通过紫外线照射固化的液体。紫外激光将从底层开始，固化底层，然后向下移动平台，固化下一层，等等。

优点:精度高，能显示精确的表面和光滑的效果，每层厚度精度可达0.05毫米至0.15毫米。

缺点:可以使用有限的材料，并且多色成型是不可能的。

选择性激光烧结

技术原理:

将3d模型切片后，在容器中填充要烧结的材料粉末，可将其制成细粉。然后，用大功率二氧化碳激光器，选择底部的3d切片形状开始烧结，然后平台向下移动，料辊在烧结好的零件的基础上，然后铺上一层薄薄的料粉进行烧结，这样往复运动直到整个形状形成。

优点:材料的强度非常高，可选材料从金属到聚苯乙烯。

缺点:成型精度低，成型后表面粗糙，无彩色成型。

汽车行业已经开始参与上述六种3d打印制造过程，旨在创造低成本和个性化的汽车。许多汽车公司也采用了数字技术，用于车辆的原型制造和测试，以及各种工具、机床夹具、夹具和零件的生产。对于汽车公司来说，虽然3d打印技术仍处于起步阶段，但3d打印技术及其设备将推动汽车公司的数字化制造转型，其作用无疑至关重要。

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