蔣佳浩

摘 要：近些年中國汽車保有量快速上，對車輛的要求也趨向于多元化、智能化、網(wǎng)絡化，行業(yè)競爭日益激烈。在此背景下，3D打印技術傳入我國后，直接顛覆了傳統(tǒng)的機械制造。在零件和部件的加工和制造過程中發(fā)揮著十分重要的作用。更加有效的提高了生產(chǎn)率與生產(chǎn)質(zhì)量。3D打印技術以其生產(chǎn)過程無需模具、加工過程更加簡單化，快速進入人們的視線。因此在當前機械設計與制造領域中，也是廣大企業(yè)推廣應用的重要技術手段之一。

關鍵詞：3D打印技術 機械制造 應用

1 引言

自21世紀以后，3D打印技術傳入我國之后，就在航空航天產(chǎn)品，醫(yī)療器械以及汽車生產(chǎn)中得到了普及應用促進了機械制造技術改革，也使機械制造越來越智能化、自動化，在結(jié)合各項汽車機械制造領域中，來調(diào)整3D打印技術的使用方式。必須根據(jù)使用效果以及反饋出來的問題對3D打印技術的完善與優(yōu)化。切實提升機械制造質(zhì)量與效率，推動汽車機械制造領域的穩(wěn)定發(fā)展。

2 3D打印技術的基本概念

3D打印技術作為快速成型技術。3D打印技術采用分層加工疊加成型，將數(shù)字化模型進行分層切片，本質(zhì)上是將連續(xù)的表面分解為微小單元，是數(shù)學層面上微分的操作。3D打印廣泛用于軍事，醫(yī)療，機械等領域，在不斷發(fā)展中，結(jié)合了數(shù)據(jù)分析、BIM技術相結(jié)合，促進了機械制造技術改革。在3D打印機有金屬、陶瓷、塑料等不同的打印材料。在實際打印過程以不同層為基礎構(gòu)建，部件主要的打印，在打印過程中，通過選擇性熱燒結(jié)、電子束熔化成型、光聚合等多重模式實現(xiàn)對材料的精細化、個性化打印。促使汽車機械制造越來越智能化和自動化，解決了在實際生產(chǎn)中產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的制約的問題，在保證生產(chǎn)質(zhì)量和效率的基礎上，還降低了生產(chǎn)成本。因此3D打印技術憑借自身的優(yōu)勢，在汽車機械制造領域有廣闊的應用空間。

3 汽車機械制造領域中3D打印技術的現(xiàn)狀

3.1 3D打印技術國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

3D打印機技術在醫(yī)療、軍工、航天、精密制造領域中有廣泛應用。所以各企業(yè)尤其是技術開發(fā)能力比較高的企業(yè)都在降低成本，縮短研發(fā)周期，簡化復雜結(jié)構(gòu)化產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，采用了3D打印技術。3D打印技術不僅能代替生產(chǎn)線完成生產(chǎn)的工作，還可以依托先進的數(shù)字化技術，不需要借助模型來進行復雜的結(jié)構(gòu)化生產(chǎn)，可縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期。目前我國已在3D打印技術領域取得了較高的成績。3D打印技術不僅用于我國的航天實驗，還用于各類的醫(yī)療器械生產(chǎn)以及汽車行業(yè)當中。

到目前為止，許多大學，都開展了3D打印技術的研發(fā)。3D打印技術是多種技術的組合，包含設備研發(fā)、3D掃描、虛擬成型等不同領域的技術。打印產(chǎn)品后處理等一系列研究。3D打印技術在航天、汽車、醫(yī)療等行業(yè)有突出的表現(xiàn)。因此國家和相關企業(yè)加大資金投入，加強對3D打印技術的研發(fā)與創(chuàng)新，使3D打印技術為機械制造創(chuàng)造更大的價值。

3.2 3D打印技術在機械制造領域的現(xiàn)狀

目前3D打印技術用于奇瑞汽車，長安福特，東風汽車，神龍汽車等我國汽車企業(yè)內(nèi)部的研發(fā)以及零部件的生產(chǎn)。

在近幾年3D打印技術被大多數(shù)人所認知，主要是3D打印技術對于汽車生產(chǎn)企業(yè)以及汽車制造企業(yè)和汽車零件配件生產(chǎn)企業(yè)，起到了至關重要的作用。同時也是對老生產(chǎn)基礎的一種變革。同時3D打印技術，對于概念車開發(fā)，幫助企業(yè)減少研發(fā)時間，節(jié)約研發(fā)成本。利用三維數(shù)字化技術，使機械產(chǎn)品的設計過程更加智能化，簡單化，極大簡化了傳統(tǒng)產(chǎn)品的設計步驟。同時3D打印技術也可以滿足客戶的私人定制需求，也能滿足了個性化的產(chǎn)品定制。3D打印技術不僅實現(xiàn)了對產(chǎn)品的優(yōu)化，在對實物的模型進行構(gòu)建時也起到了至關重要的作用。在對物體的再造升級過程中，3D打印技術不僅節(jié)約了研發(fā)的成本，同時縮短了車輛更換配件的時間，降低了維修人員的工作壓力，促進車輛下游行業(yè)良性發(fā)展。

但是對于一些進口車而言，不僅維修費用高，而且等待維修的時間很長。像寶馬公司在國內(nèi)已經(jīng)建立了許多零部件配送中心。保障在24小時內(nèi)提供零部件，但大多數(shù)進口車維修依然存在的諸多問題，尤其是零件供給問題，當一些核心零部件出現(xiàn)問題之后，經(jīng)銷商仍需從廠家聘請專家，整體的維修成本價增高，最終維修成本會直接、間接轉(zhuǎn)嫁到消費者身上。

4 汽車機械制造領域中3D打印技術遇到的問題

3D打印技術與生產(chǎn)制造的關系是緊密相關的。在3D打印技術的應用下，不僅為企業(yè)降低了生產(chǎn)成本，進一步的提高了生產(chǎn)效益，在該項技術的支持下，生產(chǎn)過程更加簡單化。不僅簡化了生產(chǎn)流程，還降低各種人力，財力，物力等資源的投入。但是在實際的生產(chǎn)制造過程中，依然存在一系列的問題需要解決。

4.1 打印機的價格

雖然3D打印技術節(jié)約了人工成本問題，提高了企業(yè)的生產(chǎn)制造能力使生產(chǎn)更加智能化，簡單化。但是3D打印機價格相對而言比較昂貴，尤其是一些性能較好的打印機，它是一些中小企業(yè)無法負擔的。這也導致了這項技術無法面向全國拓展的重要原因之一。與此同時，在實際打印過程，打印機經(jīng)常需要對一些金屬和塑料陶瓷進行打印。相對而言，材料本身的硬度較強，容易造成出口堵塞后續(xù)運營維護的成本比較大。

4.2 勞動力以及技術性人才

近些年來勞動力資源是我國制造產(chǎn)業(yè)中不可或缺的一部分。隨著3D打印技術的應用，雖然生產(chǎn)過程與其機械制造過程會逐漸走向信息化，智能化的時代。但一些單純體力型的勞動資源正在慢慢降低。傳統(tǒng)制造中對于流水線的生產(chǎn)大多數(shù)是依靠勞動力來實現(xiàn)的。很可能出現(xiàn)市場勞動力過剩的情況。但是在長期以來，我國普遍缺乏高技術人員，3D打印技術在器械制造的工藝環(huán)節(jié)以及工序方面雖然縮短了人力成本。但對于高技術型人才還是比較少。從而受到了一定的限制。

5 汽車機械制造領域中3D打印技術的應用分析

5.1 解決現(xiàn)階段的問題

未來的發(fā)展過程當中，我們需要不斷的去研發(fā)，3D打印機的水平。達到降低其成本的愿望，使得中小型企業(yè)也能承擔打印機的價格。從而實現(xiàn)該項技術全方位的普及及應用。使汽車機械制造領域充分應用3D打印技術，從而有效彌補傳統(tǒng)機械制造過程中所存在的弊端。使生產(chǎn)過程更加簡單化，提高生產(chǎn)效率，降低作業(yè)強度。在汽車零件制造過程中涉及到橡膠，鋼材，陶瓷等不同種的材料，因此在3D打印過程中應該合理選擇打印材料，明確打印過程中存在的問題，采用三重噴射技術提高打印的準確性，通過引入自動化開發(fā)流程，借助集成化工具實現(xiàn)專用化生產(chǎn)，完成整體的車載標定工作，有效彌補人工的不足，實現(xiàn)由大到強的穩(wěn)步發(fā)展。滿足用戶的多樣化需求。

例如在打印剛性不透明材料時，一般干凈不透明材料包括檢查儀表和卡具，精密度較高，在實際打印過程中要合理調(diào)整參數(shù)，要根據(jù)明確材料的硬度，調(diào)節(jié)噴頭與X軸、Y軸、Z軸相對應的關系。在打印專用材料時，應該盡量使用生物相容性的材料進行打印，借助輔助設備避免熱液體和氣流的影響，在打印過程中可以選擇聚丙烯材料，提高材料的熱穩(wěn)定性。實際打印過程中要借助CAD軟件，首先創(chuàng)建3D模型，通過自上而下的逐層打印，確保打印的準確性

隨著現(xiàn)代技術的持續(xù)發(fā)展，機械制造也逐漸走向了信息化，智能化的時代，在此階段我們更應該儲備大量的高端技術人才，從而使得3D打印技術不斷的完善及發(fā)展。如今我國3D打印設備的科學水平在某種程度上已處于國際化先進水平，然而在對控制機械制造的整體精度穩(wěn)定等層面上，距離國際尖端水平依然存在著差距，還需要提高。在此階段應該做到精益求精的研發(fā)使得3D打印技術追上國際化的水平。同時也應引進大量的人才，做好人才儲備以及人才規(guī)劃，使人才不向外流出。從而形成一個良性的發(fā)展環(huán)節(jié)。

5.2 應用前景

3D打印技術的優(yōu)勢可以充分體現(xiàn)在定制零部件上，少量復雜先進的車型，在進行維修或更換零部件時，由于生產(chǎn)商較少，大多數(shù)是國外進口，物流成本較多，一旦開模會造成一定的資源浪費，提高整體的作業(yè)成本，導致零部件換件難的問題。如今對于機械制造行業(yè)，3D打印技術就是一個突破口。而在應用3D打印技術之后，可以快速調(diào)取源文件，得到模型的3D數(shù)字模型，在明確基礎材料之后，直接進行打印調(diào)取，有效控制成本，提高整體的維修效率，節(jié)省大量的時間成本以及材料成本，提高顧客的滿意度

例如，更換零部件是汽車維修行業(yè)中的基本手段，現(xiàn)在實際汽車生產(chǎn)制造中，對于一些非標準和非通用零件本身的備件較少，購買困難，等待周期長，在應用3D打印技術后，可以快速讀取數(shù)字模型，3D打印機可以進行實物掃描，借助紅外線快速建模，直接在CAD模型上讀取三維數(shù)字模型，適應多元化的工作路徑，為軟件的靈活性提供了保障。根據(jù)量化的行為規(guī)范，全過程監(jiān)管，在規(guī)定時間內(nèi)通過機器的操作習慣，計算出最小單元的平均完成時間，實現(xiàn)多層次、立體化的數(shù)據(jù)管理。同時可以對參數(shù)進行更，當時維修人員能夠跟設計人員進行交流，降低后續(xù)的維護成本，3D打印技術不僅結(jié)合了現(xiàn)在的實際情況。

5.3 汽車機械制造領域中3D打印技術的應用

5.3.1 數(shù)字設計建模

3D打印機的數(shù)據(jù)來源主要包括數(shù)據(jù)庫的原始模型、實物掃描兩種方法，在原始數(shù)據(jù)調(diào)用過程中各個參數(shù)較為準確，一般適用于原有模型的構(gòu)建，可以在基礎上直接進行參數(shù)修改、材料轉(zhuǎn)換。第二種則是對于實物進行掃描，在實物掃描過程中可能出現(xiàn)細節(jié)問題，內(nèi)部結(jié)構(gòu)無法有效掃描，因此在使用時一般都是采取手工建模、實物掃描相配合的方式 利用特定的網(wǎng)絡形狀進行等效的計算，減少工作步驟。考慮零件的彈性系數(shù)，擬合建立等效方程，并采用系統(tǒng)方程求解的方法。保證汽車零部件機械制造設備能夠適應不同的作業(yè)環(huán)境，通過快速更改參數(shù)實現(xiàn)，形成多樣化的管理模式。在算法設計過程中要基于AUTOSAR模擬數(shù)據(jù)信息，在實際軟件設計過程中，要快速收集離線仿真和實車裝載中的各項信息數(shù)據(jù)，對軟件信息進行驗證，并對此過程中出現(xiàn)的問題進行修改與優(yōu)化。加強整體的仿真模擬導入控制算法與仿真模型，通過Vector CANalyzer實現(xiàn)有效的互交，分散不同工況中存在的風險。構(gòu)建不同狀況下駕駛平衡體系，以多重參數(shù)的動態(tài)化管理形式，輔以標準化的管理機制，保證駕駛員在正常行駛中的安全性、穩(wěn)定性。

例如，3D打印技術設計過程中常用的商業(yè)設計軟件有通用性和行業(yè)性兩種汽車設計制造企業(yè)在汽車制造使用工業(yè)軟件也有不同。國內(nèi)的大多數(shù)都是以CAD使用的較多。2009年開始最早的一批3D打印相關專利錄取失效，給諸多企業(yè)接觸到3D打印的核心技術機會，給3D打印技術改進和發(fā)展帶來巨大的動力，3D打印技術在汽車各個行業(yè)領域里占據(jù)了重要地位。

5.3.2 切片處理

所謂切片就是將3D數(shù)字模型離散化。沿一個軸的方向離散為一系列的二維層面，從而得到一系列的二維平面信息，使3D打印能以平面方式根據(jù)不同工藝要求有序連續(xù)加工出每個薄面。在借助計算機前臺控制系統(tǒng)對數(shù)字化模型進行切片處理。如果數(shù)據(jù)分成出現(xiàn)問題，會直接影響打印的產(chǎn)品質(zhì)量。數(shù)字模型完成后，需要對模型進行分層切片處理，使打印機按層工作。在打印過程中，要強化參數(shù)控制，形成技術閉環(huán)控制，實現(xiàn)參數(shù)的動態(tài)調(diào)整，完成全自動化的啟動、關閉，控制整體的生產(chǎn)流程，降低工作難度。在實際打印過程中要通過對主命令進行分析，以啟動和停止兩種信號為核心內(nèi)容，儲存工作中的信號，將儲存后的數(shù)據(jù)傳遞的緩沖區(qū)，完成對汽車零部件機械制造設備單元工作狀態(tài)的調(diào)整和檢驗。

例如，現(xiàn)在切片軟件的分層算法主要明確材料幾何特征分類的，合理配置分層算法。配置DTO陣列，啟動 DAQ-DTO 對應的模式一秒刷新一次，能夠更好的觀測報文數(shù)據(jù)，顯示電機扭矩的變換趨勢。采用CVS進行測試資源的配置管理。引入MaxQ和WebInject對B/S結(jié)構(gòu)的應用系統(tǒng)進行功能測試，完成數(shù)據(jù)的整體管理，基于幾何信息提取的分層算法，建立分組矩陣。

5.3.3 工裝夾具的應用

汽車在日常作業(yè)過程中面臨的工況，車面復雜的曲面構(gòu)成，整體的造型較為復雜。一般汽車的外板為薄板件，需要對曲面進行定位。在曲面加工過程中作業(yè)時間較長，加工成本較高，一旦出現(xiàn)問題時無法更改，需要進行返工處理。因此可以將3D打印技術應用到工裝夾具與造型評審中，首先對于復雜曲面的微分化，先采用3D打印出臨時的工裝樣件，借助樣件進行調(diào)試，待調(diào)試完成后再繼續(xù)生產(chǎn)，有效縮短了整體的調(diào)試時間，以SV61車型為代表進行分析，基本的只需要進行兩次更改，在實際調(diào)試之后可以安裝鋁合金，控制整體的鑄造成本。

6 汽車機械制造領域中3D打印技術的應用建議

3D打印技術給汽車機械領域注入了新活力。為了更好的促進3D打印技術應用，改善傳統(tǒng)機械制造高消耗、低產(chǎn)值的問題，推動機械制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。應鼓勵高校和相關企業(yè)持續(xù)進行3D打印技術的研發(fā)與創(chuàng)新，加大3D打印技術研發(fā)資金的投入。同時要積極培養(yǎng)人才。在人才培養(yǎng)過程中，要堅持走出去和引進來相結(jié)合的戰(zhàn)略。對內(nèi)要完善人才培養(yǎng)模式，其對于軟件工程師、3D打印是給予一定的資金扶持，對外要積極開展科研合作，密切關注高校的科研進度。定期交流在生產(chǎn)制造中存在的問題，加強信息供共享。

3D打印機是一個包括光電，計算機，原材料，液壓等不同元件，共同組成的電子模塊。不僅包括三維電子模型，可以通過參數(shù)賦值的方式來設定模型的形狀和各個尺寸。3D打印技術在未來發(fā)展過程中有廣闊的空間。作為汽車生產(chǎn)制造企業(yè)應該合理應用3D打印技術，降低整體零部件生產(chǎn)制造成本，縮短零部件的生產(chǎn)制造周期，給予客戶更好的體驗。作為政府要積極發(fā)揮自身的引導作用。推動產(chǎn)學研結(jié)合。高校要開設專業(yè)的3D打印課程和數(shù)字建模課程，創(chuàng)建實訓基地和高新技術孵化項目，推動科研成果轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)3D技術、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術的有機結(jié)合，構(gòu)建3D共享平臺促進信息的融合

7 結(jié)語

當下是汽車機械制造領域中3D打印技術的發(fā)展的重要階段。本文從3D打印機在汽車機械制造領域強調(diào)重要性與必要性，同時分析了汽車在機械制造領域中應用的可行性、有效性，并提出了控制性技術應用方案，在實際應用過程中對方案進行不斷的優(yōu)化，從此來發(fā)揮3D打印技術在汽車制造領域中發(fā)揮最大的效用。

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