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摘 要：在当今国际科技形势的快速发展下，3D打印技术应运而生。传统生产制造体系已不能满足车企生产需求，3D打印技术的引入改变了这一现状，3D打印技术能够推动车企高质量、高速发展。论文详细介绍3D打印技术分析及发展前景，探讨建立主流3D打印技术配套体系，以帮助国内各个车企建立体系提供参考。
关键词：3D打印技术;配套体系;车企
中图分类号：U461.99 文献标识码：B 文章编号：1671-7988（2019）16-255-04
Abstract： With the rapid development of international science and technology， 3D printing technology came into being. Traditional production and manufacturing system can not meet the production needs of automobile enterprises. The introduction of 3D printing technology has changed this situation. 3D printing technology can promote the high-quality and high-speed development of automobile enterprises. This paper introduces in detail the analysis and development prospects of 3D printing technology， discusses the establishment of mainstream 3D printing technology supporting system， in order to help domestic automobile enterprises to establish a system for reference.
Keywords： 3D printing technology; supporting system; automobile enterprises
CLC NO.： U461.99 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2019）16-255-04
引言
当今科技发展速度迅猛，汽车造型复杂、功能复杂的零部件及汽车酷炫造型的需求越来越多。现如今传統的生产制造体系已不在适应当代车企高质量、高速发展需求，3D打印技术以其能够完美打印出复杂零件造型，能够打印出传统制造体系不能生产的造型[5]，能够降低成本打印出传统制造体系生产成本较高的复杂造型，依托国家政策、政府方针，出现于各个汽车企业体系中，打造新型3D打印配套体系。加快发展车企汽车研发到投入市场的全过程，推动车企利用3D打印技术高质量、高速发展。
在未来，为使车企紧跟时代潮流，甚至引领时代潮流，必要引进3D打印技术，建立成熟配套体系，贯穿汽车研发、试制、生产各个阶段，3D打印技术逐步成为车企各阶段的不可或缺技术。本篇详细介绍分析在车企内部如何运用3D打印技术，分析如何建立主流3D打印技术配套体系，为各大车企引入3D打印技术、建立配套体系提供参考。
1 3D打印技术在车企内部的分析
1.1 3D打印技术介绍
3D打印技术，是一种增材制造技术，被称为是“第三次工业革命”的重要内容，是快速成型技术之一。3D打印技术利用各种粉末状或丝状材料，通过逐层打印方式，堆叠起来，得到实物的一种技术方法。
3D打印技术，从18世纪末期美国已经出现技术的核心制造思想，至20世纪80年代该技术已趋于成熟。我国在20世纪90年代才开始兴起，21世纪就已实现高速发展，应用于汽车企业内部各个关键环节之中。
1.2 3D打印技术特点
3D打印技术，以其自身性质、加工方式及未来发展境况，可概括为“快、廉、绿”特点。
“快”：快速制造打印。不需要模具制造，加快新产品验证，缩短研发周期。相比传统制造技术，3D打印技术提高了零件加工效率的3—5倍，缩短了新产品研发周期的30%—90%。
“廉”：廉价、节约。3D打印是增材加工，节省原材料的使用，而传统制造模式是减材加工，浪费大量原材料，造成资源浪费、成本增加。3D打印设备不需招收大量专业人员，只需招收少量人员，只学习设备使用方法即可进行操作，节约人力成本。3D打印设备放置位置不需工厂大面积基建，节约建设成本。相比传统制造技术，节省研发、生产、建设成本的30%—50%。
“绿”：绿色化、环保化。3D打印设备所处环境无污染、无噪音、无烟气弥漫，绿色环保。
1.3 主流3D打印技术优缺点对比
在现今所有的3D打印技术中，选取主流3D打印技术进行比较，列出表1主流3D打印技术对比表格[3]。主流3D打印技术有：SLA（光敏树脂选择性固化）、SLS（激光烧结）、FDM（熔融沉积）、3DP（喷射打印）。
1.4 3D打印技术在各阶段作用分析
在汽车企业中，一辆汽车投入市场前需要经历三个大阶段：研发、试制、生产。在各个阶段中，利用3D打印技术，能够缩短各阶段周期，降低各阶段成本，提高各阶段效率，利于抢占市场份额。[7]
1.4.1 研发阶段
研发阶段是整个流程的初始阶段，起着至关重要作用。3D打印技术在这一阶段主要作用是：验证模型。验证数字模型在现实中的各种状态，快速得出想要的结果，例如：视觉、强度、功能等等。3D打印技术能够节省传统制造技术的模型制作周期及成本，大大节省研发周期、成本。
3D打印技术在这一阶段另一凸显作用是：指导后期试制、生产，根据研发结果快速打印实物模型。人的思维可以快速分析实物模型，而不可以快速分析三维数字模型，需经过思维转化数字模型才能了解其相关信息。实物模型也能够很大程度提高处理后期出现各种问题的效率。缩短后期试制、生产周期。
1.4.2 试制阶段
试制阶段是针对研发阶段结果在现实中的初次车辆制造，验证实车各种性能，避免产品投入市场出现大量问题，造成影响。3D打印技术在这一阶段主要作用是：快速生产各種附属零部件。对于整车之中不太重要、造型复杂、功能不强的零部件，进行快速打印，节省整车装配时间，降低整车成本，加快整车试制进度。
1.4.3 生产阶段
生产阶段是进行车辆量产化阶段，需要大批量零件，进行装配。3D打印技术在这一阶段主要作用是：进行大批量打印，形成规模化3D打印车间。为整车装配即时供应零件，不需提前下发生产计划，节省资源，可即时交付车辆订单，达到“想要什么就打印什么”的目标。
1.5 3D打印技术应用
3D打印技术应用于整个车企各个环节。在整车造型设计方面，利用3D打印技术打印三维造型数模，直接、多角度观察实物模型，验证模型可行性，准确、高效的进行造型设计。
在零件制造方面，利用3D打印技术打印结构复杂、多材料复合、轻量化结构等零件，降低整车装配、试制试验成本，加快生产计划进度。
在售后维修方面，可即时打印维修所用零部件，更换损坏配件，省时省力。
在特殊订单方面，可订制化，打印客户要求的特殊零配件或整车造型，满足客户欲求。
另外，在设计验证、辅助检具和夹具、小批量机械制造等等方面，都可利用3D打印技术进行打印，贯穿汽车制造的各个环节。[4]
2 3D打印技术在车企内部的发展前景
2.1 发展前景
3D打印技术，在汽车领域将会进一步不断完善发展。未来，只有不断发展3D打印技术，完善3D打印技术缺陷，更进一步优化3D打印技术优点，将会使汽车企业制造体系逐步脱离传统制造体系，以3D打印技术为中心，形成新的制造体系。
3D打印技术依据“快、廉、绿”的特点，3D打印设备未来将会逐步替换现有铣床、刨床、折弯机等传统制造设备，形成新的成规模的3D打印车间，进行大批量打印制造。
依据新体系和3D打印特点，未来的销售模式可大胆推测为定制化模式，订制客户专属标识、特色产品造型，形成“签订单——建模型——下计划——行生产”的一体化链条，让客户参与这一过程，满足客户订制欲望，拓展客户需求范围。可以预见，3D打印技术将促使汽车企业更宽、更广、更快发展。
2.2 挑战
3D打印技术或受其自身限制，或受公司人员意识限制，或受环境限制等等，在未来引入、应用3D打印技术面临众多挑战。
（1）精度和效率的挑战。精度和效率是各个车企关心的最主要问题。精度方面，3D打印技术由于其技术特性，精度难以达到传统制造加工精度程度，如若提高精度，则需降低打印的每一层厚度，这延长了打印时间。效率方面，目前的打印速度还未达到理想状态——普遍超过传统制造加工速度，只在部分复杂零件中，超过传统制造加工速度。
（2）力学性能的挑战。3D打印零部件无法达到部分力学性能要求，目前的3D打印件只能应用于整车的附件、配饰装配上，不能承担整车主体零部件应用，需对成型结果的内部质量和力学性能控制、技术标准等技术瓶颈进行攻克。
（3）材料适用范围的挑战。目前可用于3D打印的材料大概有300多种，对这些材料需要进行二次加工，制造用于打印的粉末颗粒状或丝状等，制造时间、精度、强度等要求较高，应用领域不广泛。应降低3D打印所用材料种类、形态应用限制，应达到 “随拿随用”状态。
（4）打印尺寸的挑战。目前市场上的3D打印机，普遍打印尺寸XYZ轴在1m以下范围中，应用于大尺寸零部件打印能力明显不足，需要分段打印、粘贴处理，无法保证零部件整体性能，易破坏零部件内部结构，导致零部件具有潜在的损坏性。
（5）工艺稳定性的挑战。3D打印技术过程是数百层堆叠成型过程，这一过程一方面易导致层间结构不稳定，影响成型件的质量。另一方面，如若某一层打印过程中出现问题，会导致打印中断，报废打印件，影响打印件成型的时间，这就需要较高的零部件工艺稳定性。
虽有这些挑战，3D打印技术以其自身特性，仍在当今国际形势中发展迅猛，在未来力争一一克服这些挑战，发展完善的3D打印技术，以能够满足车企的快速发展格局。[1]
3 配套体系应用
3.1 体系流程
综合主流3D打印技术优缺点，及其自身特点，形成“模型建立——模型处理——3D打印——后处理——零部件——装配”体系。下图所示详细体系步骤图1体系流程。
3.2 体系各阶段作用
依据体系流程，分析各阶段作用。
模型建立阶段：研发部门或需求3D打印的相关部门，建立相关产品零部件高质量模型，转入下一阶段。
模型处理阶段：这一阶段，主要进行模型处理，生成3D打印设备可用文本。这一阶段主要包括：修补3D模型、转换数据格式STL、切片计算、生成打印路径、导入设备等。
3D打印阶段：在上一阶段模型导入设备后，进入这一阶段。对设备进行检查维护工作，防止打印过程中断、浪费材料发生。确定后，设备进行打印，随时观察打印过程。
后处理阶段：零部件打印完成后，转入这一阶段。处理零部件打印遗留问题，主要包括：支撑移除、模型修补、表面打磨、喷漆等。针对不同技术有相应的后处理工作，这里只列出主要工作。[6]
零部件阶段：整个打印流程结束，建立零部件打印档案，转入下一阶段。
装配阶段：进行整车装配。
3.3 面临的问题
基于3D打印技术优缺点、特点及市场环境，面临以下问题。[8]
（1）价格问题：一方面，在现今的3D打印技术研发下，3D打印设备造价较高，即使市场上有廉价打印设备，這种打印设备在使用过程中容易出现各种问题，造成打印中断，延误计划进度。另一方面，培训3D打印设备，成本比较昂贵。
（2）材料问题：现有的打印材料性能无法满足部分零部件性能要求，部分打印材料还需依赖进口，价格比较昂贵，同时，受技术限制，打印所需选择材料种类也不广泛，这给打印件带有一定的隐患。
（3）知识产权问题：3D打印技术被广泛应用后，受到传统知识产权保护的各类创意产品，或受到传统制造技术限制的创意产品，将会被3D打印技术大规模复制应用，易引发知识产权保护大战，造成不良影响。
（4）标准规范问题：现今，各公司的3D打印标准规范都是各自制定，没有形成汽车行业统一的3D打印标准规范，缺乏领头目标参照和盈利模式，容易造成汽车行业混乱，无法促进汽车行业发展。
（5）意识层面问题：由于现今没有一个因3D打印技术带来盈利的带头公司，无法给其它公司树立目标，公司没有意识到3D打印技术的潜在利益，也受到3D打印技术成本昂贵的限制，造成公司对3D打印技术的认识浅薄，给公司引入3D打印技术带来一定阻碍。
4 结束语
3D打印技术的出现，将可以大幅度降低汽车开发、试制、生产过程中的成本，提高利润及工作效率，缩短新车型开发时间，更快速抢占市场份额，使价格便宜、技术完善、造型酷炫的汽车因3D打印技术的出现而使消费者从中受益。3D打印技术的出现，更加促进汽车行业的快速发展，使车企向高质量发展道路大踏步迈进，为人们日常生活带来更多乐趣。[9]
参考文献
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[2] 侯高雁，朱红，刘凯，谢丹.3D打印成形件后处理工艺综述[J].信息记录材料，2017，（7）：19-21.
[3] 邱海飞.3d打印成型工艺及其应用研究[J].中国塑料，2016，（11）：76 -83.
[4] 沈卫东，林芳.3D打印技术在汽车研发中的应用[J].汽车工程师， 2016，（3）：17-21.
[5] 张昊.工业设计下3D打印与传统模具的互补生存研究[J].艺术科技，2016，（12）：283.
[6] 谢丹，朱红，侯高雁.基于3DP成型的零件后处理工艺研究[J].武汉职业技术学院学报，2018，（1）：113-115.
[7] 李靖.浅谈3D打印技术在汽车领域中的应用[J].内燃机与配件， 2018，（18）：207-208.
[8] 尹生妹.浅析3D打印技术及其面临的问题[J].科技创新与应用， 2016，（15）：46.
[9] 郭继周，邓启文.我国3D打印技术发展现状及环境分析[J].国防科技，2015，（3）：35-39.