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各类3D打印成型技术在汽车研发中的对比分析

时间:2019-05-08 16:50 来源:南极熊 作者:中国3D打印网 阅读:
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        随着世界第一台3D打印汽车问世,3D打印技术在汽车制造领域得到了广泛的应用。基于此,首先在查阅相关文献、专家访谈的基础上,确定各类3D打印快速成型技术的基本原理,为每一种成型技术的研发对比提供基础。其次,通过案例收集与实地调研3D打印汽车研发公司,搜集相关的数据资料,进行各种成型技术在汽车研发中的优缺点对比,重点对比每一种成型技术所需要的原材料、生产所需的环境条件、生产流程以及最后生产出来的产品。最后,得出最高效、最能实现利益最大化的成型技术,降低成本,提高效率,这对于汽车研发行业具有重要的应用价值。
 
1 3D打印快速成型技术原理
    3D打印技术是一种利用数学模型,采用快速打印的方式把粉末类金属、塑料材料粘合在一起,生成目标物品的技术。它的核心技术就是快速成型技术,主要是通过计算机的控制,根据使用材料的性质和内部结构快速成型目标物品,这就利用到了3D打印快速成型技术,目前这一技术大致可分为光敏树脂选择性固化工艺(SLA)、丝状材料选择性熔覆工艺(FDM)和粉末材料选择性烧结工艺(SLS)三种。具体如下几点。

1.1 光敏树脂选择性固化工艺
 
 
1.2 丝状材料选择性熔覆工艺
      针对FDM工艺,是一种相对成熟、应用广的3D打印技术,其原理主要是融化丝状材料再组合的过程,进而生成固体物品的过程,示意图如图2所示:
(1)首先将丝状材料放入丝轮中进行融化;
(2)然后再使用喷头挤压,并在工作台反复运动,逐渐实现液体固化,并形成计算机预设的形状,最终形成固体物品。FDM 工艺的优点是:使用的丝状材料多是废物利用,既能废物利用也能保护环境。另外,FDM 工艺对仪器的精度要求很低,能节省很多生产成本。SLA工艺的缺点是:打印误差大,只能打印出体积大、低精度的目标物品,特别适合打印大型零部件。
 
1.3 粉末材料选择性烧结工艺
     针对SLS工艺,是融合了SLA工艺和FDM 工艺的优缺点的一种3D打印技术,尤其在汽车制造业领域的适应性最广。其原理主要是将粉末状材料熔化再凝结的过程,进而生成固体物品的过程,示意图如图3所示:(1)首先将粉末状材料放入粉料缸中进行熔化;(2)然后使用光纤激光器扫描液体材料,并在工作台反复运动,逐渐实现液体固化,并形成计算机预设的形状,最终形成固体物品。SLS工艺的优点是:适合中小部件的生产。使用的粉末材料环保,且可使用的粉末材料很多,节省了成本。另外,SLS工艺的结果精度也较高,能够快速成型。而且SLS工艺的可能加功能很多种混合粉末材料,能产生新的工件。SLS工艺的缺点是:粉末状颗粒会干扰目标物品表明的光滑度,形成很多小孔,材料还需要后期加工。
 
2 3D打印技术在汽车研发中的应用案例
     目前,3D打印技术在汽车制造业领域的应用已十分广泛,本文将通过案例收集与实地调研3D打印汽车研发公司,搜集相关的数据资料,进行各种成型技术在汽车研发中的优缺点对比,重点对比每一种成型技术所需要的原材料、生产所需的环境条件、生产流程以及最后生产出来的产品。
2.1 3D打印车
      2010年,世界第一辆纯3D 打印车Ubree诞生。全车的所有部件都是采用3D打印技术打印出来的,工人只需要将这些零部件组合起来就可以了,远远缩短了汽车制造中的零部件生产周期。随后,改进的Urbee2全车只有50个打印的零部件,进一步缩短了汽车制造中的零部件组装时间。
 
2.2 3D打印赛车
      2012年,由比利时的多名设计师也通过3D打印技术制造了世界上第一辆3D打印赛车,并完成了赛道测试,令人惊讶的是,整个车市的打印时间只需要3周,远远高于传统汽车的制造工艺。另外,该赛车的能在4秒内提高时速至每小时96公里,最高时速能达到每小时141公里。
 
3D打印赛车的缺点:技术要求高、在3D打印过程中还需要用到生物合成材料,提高了制造成本。
2.3 3D打印发动机
     2004年,由德国奥迪公司的设计师为电影《机械公敌》设计的概念汽车便运用了3D打印技术,其中的发动力是采用了3D打印技术中的SLS工艺,并实现了真正的行驶。
 
3 结论与展望
      本文通过案例收集与实地调研3D打印汽车研发公司,搜集相关的数据资料,进行各种成型技术在汽车研发中的优缺点对比,重点对比每一种成型技术所需要的原材料、生产所需的环境条件、生产流程以及最后生产出来的产品。本文是分析结果有利于得出最高效、最能实现利益最大化的成型技术,降低成本,提高效率,这对于汽车研发行业具有重要的应用价值。但是从已有的3D打印快速成型技术和3D打印汽车产品来看,3D打印技术还存在很大的进步空间,具体有:

第一,3D打印技术的成本相对较高,更别说3D打印汽车的制造成本,应用性有限。未来需要继续突破技术壁垒,设计出“平民化”的产品,让更多的消费者可以享受到自己设计汽车外形的全新体验。

第二,继续研究“绿色”3D打印技术,实现废物利用、可回收、对环境无害等特点,真正实现绿色制造。目前使用的很多材料虽然可获取、无毒,但很难降解,也会给环境带来严重的负担。

(责任编辑:中国3D打印网)

weixin
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