3D打印技术在汽车内外饰件研发中的应用研究

3D打印技术在汽车内外饰件研发中的应用研究

胡鹏

安徽江淮汽车集团股份有限公司        安徽合肥     230601

摘 要：3D打印是近年来兴起的一项新技术，已被广泛地应用于航空、汽车、医药等行业。与传统制造业相比，3D打印具有生产周期短、可定制等优点。本文采用3D打印的方法，利用 UG NX10.0的三维造型工具，对3D打印的3D模型进行3D打印，并对其在汽车车身结构设计和研发中的应用进行研究。将3D打印与汽车制造业相结合，可以更好地服务于汽车的研发和设计。

关键词：3D 打印技术；汽车设计；数字模型

在汽车内饰件行业，其产品的研制过程通常是一个长期的研究、开发与验证过程。在过去，传统的方法是在零件三维数据设计结束后，直接进行模具制作，以检验所设计的产品能否满足功能与性能的匹配。这样，如果马上做一个零件的钢模，既费时又费钱。如果发现了问题，修改部分模型也要花很长的时间。为省去研发开模的步骤，减少新产品的研发时间，节约大量的人力、财力和时间，对3D打印模具的装备、工艺和产品进行了深入的研究。

1.3D 打印概述

1.1 3D 打印技术

与传统的缩剪制作过程不同，3D打印作为一种添加材质的加工过程，是一项新型的高速成形技术。利用绘图工具制作3D立体造型，并将其输入到3D打印机的模具中。在打印机确认了数码样板后，由打印机按照样板的断面形态，采用塑胶、金属等多种材质，逐层打印出来，最后得到实物样板。同时，3D打印也为各行各业带来了新的发展趋势。

1.2 3D 打印技术在汽车造型设计中的应用

在传统的轿车建模工艺中，设计者首先要绘制整车的总体结构图，再根据绘制的图绘制出油泥模型。在制造工艺中，需要对泥膜进行涂抹、对模具进行粗刮、精刮以及后期的调节，同时要注意泥膜涂布的品质对建模结果的影响，并通过大量的测试和校正来实现。它的制造时间和费用都大大提高。而3D打印则可以实现整车的总体设计，根据需要的参数对整车进行调试、优化。将车辆外形设计得较为复杂，但总体上达到了设计的目的。该流程耗时较少，且能根据打印出的车型进行高效地评价，降低了企业开发车辆的费用与时间。

2.3D 打印特点

2.1 对于产品而言

3D打印不仅可以实现不同的个性化设计，而且可以实现低成本、短时间、高精密的加工。而且所制造的产品是一种绿色环保产品。

2.2 对于设备而言

3D打印设备不仅操作方便，携带方便，而且可以满足微型化的需求。

2.3 对于原材料而言

可用于打印的原料有多种（如 PA, PC等）。

3.3D 打印技术有七种基本类型

当前，3D打印主要分为材料熔融挤出 FDM成型、粘结剂喷射3D DP成型、材料微滴喷射成型、粉体平铺熔融成型、直接能量沉积成型、薄材叠加成型、选区激光烧结成型。激光选区烧结（SLS）是最常用的工艺之一。

FDM打印是利用喷墨头在特定的高温条件下，将可塑物料（ABS、 PLA等）熔合至熔体并由喷嘴排出，3D打印软件对其进行分层加工，使其成形为各层片的外形，当一层结束时，再降低工位高度，结束下一层的图案，再进行叠加，最终实现整体三维立体造型的打印。

选择性激光烧结（SLS）工艺技术不仅可以自动、快速、精确地将三维数据转换为三维建模，而且可以制作出任意复杂的部件和模具，而且其结构坚固耐用，可以一次成形，不需要连接在一起，每个部位的强度都是一样的，可以大大减少研究和试验的时间。其相比于国产零件45天左右的研发时间，3D打印根据零件的复杂性，一周的时间就能完成。另外，该技术使用的材料为粉状材料（例如：PA2200,PA3200GF, PA碳纤维，PC等）。

4.出风口总成 3D 打印快速成型

4.1 为了研究出风口总成的快速成型技术

由于空调通风系统结构复杂，尺寸较大（φ92 mm*205 mm），因此，在工艺装备、系统和材质上都做了细致的选择。在制造装备上，我们选用了SLS-3D打印机，它的制造精度是0.10毫米，它的成形平台是300*350*450毫米，它的打印速率是20—120毫米/秒，它的位置精度是 XY轴0.011毫米， Z轴是0.0025毫米，它的程序是 STL和 GCode，它可以加工的最小壁厚度是0.8毫米，多个部件的间隔是0.4毫米，在软件上，我们采用了Untrtled-Magics17.02和 PSWV3.6.62。

4.2 出风口的 3D 打印快速成型加工流程

（1）3D打印装置的预热，铺上6毫米厚的底层粉末。（2）开启Untrtled-Magics17.02接口，以 STL的方式将其三维数值模拟输入到系统中。（3）放置出风口3D资料时，两片之间的间隔应小于3毫米。（4）激光器暴露模式的选定。（5）选择空气出气口。（6）推导每个出口部件的三维数据。（7）执行切片程序，并确认切片已经结束。（8）开放 PSW软体。（9）引入已完成切片的排气口3D资料。（10）检验成品模具是否存在缺陷（例如：破面，飞边，重叠，去除不合格等）。

（11）确认各商品无交叠及粘连，若无问题则可立即打印。（12）向3D打印装置传送待打印的排气口部件3D模型，用于进行快速成型处理。（13）在处理结束后，将其降温至低于60摄氏度，然后将该排气口零件从物料收集箱中移除。（14）喷砂并清洗排气口部件。（15）装配排气部件到装配中。

4.3材料差异性

由于激光烧结出风口由尼龙PA2200制成，其表面粗糙，材质及制品性能不能与 PP材料注射成型的模具相比较，不能准确地反映制品的材质及制品的性能，因此，目前 SLS工艺所选择的树脂材料，其力学强度一般只有 ABS级，与实际材料性能并不十分吻合。

结束语：

综上所述，在汽车零部件制造、整车研发过程中，对车身外形、内外饰件造型进行设计、评审和决定，利用3D打印的方法，可以对仪表板、门饰板、立柱、风管等零部件进行快速成型。在此基础上，针对全车研制阶段，利用3D打印的方法，实现了在设计初期进行样品的确认，从而有效地减少了研制费用、降低了研制费用，充分发挥了3D打印在车辆部件上的优势。

参考文献

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