3D打印技术推动汽车制造技术大解析收藏

　　目前，汽车行业已采用了多种3D打印技术，包括：电子束熔融、熔融沉积造型、分层实体制造、三维打印、立体光刻造型、选择性激光烧结汽车行业已开始涉足上述六大类3D打印制造工艺，旨在打造低成本、个性化的车辆。

　　据外媒报道，未来3D打印技术将在汽车等各行业中发挥极为重要的作用，未来的制造工厂将会由许多工业级3D打印设备组成随着各类3D打印技术的不断发展，未来汽车制造将随之发生重大变革　　3D打印技术在汽车业的应用及前景展望。

　　尽管3D打印技术在汽车行业内的应用尚处于相对初级的阶段，但该技术的应用已在汽车行业掀起一轮新的制造技术革新　　2014年，美国洛克汽车公司(Local Motors)利用其打印设备，以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)及碳纤维混合物(配比：80/20)为材料，打造了全球首辆3D打印车辆——Strati。

　　2016年，本田发布新版微通勤(Micro-Commuter)电动车，该车型的制造也应用了3D打印技术随后，其他车企也纷纷跟进，利用3D打印技术来制造关键零部件(key components)，旨在保障始终如一的产品品质、可靠的产品性能并积极致力于持续缩短投产准备阶段(lead-time)的耗时。

　　据一份名为《全球3D打印汽车市场分析与发展趋势——2025年行业预测(Global　3D Printing Automotive Market Analysis & Trends - Industry Forecast to 2025)

》的新报告预计，截止至2025年，3D打印设备的应用将增长10%，其中大部分设备将被用于轿车、卡车零部件的制造　　3D打印技术及优缺点分析　　目前，汽车行业已采用了多种3D打印技术，包括：电子束熔融(electron beam melting，EBM)、熔融沉积造型(fused disposition modeling，FDM)、分层实体制造(laminated object manufacturing，LOM)、三维打印(three dimensional printing)、立体光刻造型(stereolithography)、选择性激光烧结(selective laser sintering，SLS)。

以下为小编整理的技术盘点：　　电子束熔融(EBM)　　其简称为EBM技术，是一项新兴的先进金属快速成型添加式制造(form additive manufacturing)技术，采用电子束替代激光打印头或热敏打印头，电子束熔融工艺常用于制造致密金属件(incredibly dense metal parts)。

　　工艺原理：　　先将零件的三维实体模型数据导入EBM设备，然后将一层微细金属粉末薄层平铺在EBM设备的工作舱内，利用高能电子束经偏转聚焦后在焦点所产生的高密度能量，使被扫描到的金属粉末层在局部微小区域产生高温，导致金属微粒熔融。

电子束连续扫描将使一个个微小的金属熔池相互融合并凝固，连接后形成线状和面状金属层　　优点：　　1. 电子束穿透能力强，焊缝深宽比大，可达到50:1　　2. 焊接速度快，热影响区小，焊接变形小　　3. 真空环境利于提高焊缝质量。

　　4. 焊接可达性好　　5. 电子束易受控　　缺点：　　1. 设备比较复杂，费用比较昂贵　　2. 焊接前对接头加工、装配要求严格，以保证接头位置准确，间隙小而且均匀　　3. 真空电子束焊接时，被焊工件尺寸和形状常常受到真空室的限制。

　　4. 电子束易受杂散电磁场的干扰，影响焊接质量　　5. 电子束焊时产生的X射线需要严加防护以保证操作人员的健康和安全　　熔融沉积造型(FDM)　　这是一项添加式制造(additive manufacturing，AM)技术，其常用于造型、原型制作(prototyping)及生产应用中。

这项3D打印技术由美国学者Scott Crump于1988年研制成功FDM通俗来讲就是利用高温将材料融化成液态，通过打印头挤出后固化，最后在立体空间上排列形成立体实物　　工艺原理：　　将低熔点丝状材料通过加热器的挤压头熔化成液体，将熔化后的热塑材料丝通过喷头挤出，挤压头沿零件的每一截面的轮廓准确运动，挤出半流动的热塑材料，沉积固化后形成精确的实际部件薄层，覆盖于已建造的零件之上，并在0.1秒内迅速凝固。

每完成一层成型，工作台便下降一层高度，喷头再进行下一层截面的扫描喷丝，如此反复逐层沉积，直到最后一层，这样逐层由底到顶地堆积成一个实体模型或零件　　优点：成型精度更高、成型实物强度更高、可以彩色成型　　缺点：成型后表面粗糙

　　分层实体制造(LOM)　　又称层叠法成形，由美国Helisys公司的Michael Feygin于1986年研制成功　　工艺原理：其采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等事先在片材表面涂覆上一层热熔胶，加工时，采用热压辊热压片材，使之与下面已成形的工件粘接；用CO2激光器在刚粘接的新层上切割出零件截面轮廓和工件外框，并在截面轮廓与外框之间多余的区域内切割出上下对齐的网格；激光切割完成后，工作台带动已成形的工件下降，与带状片材(料带)分离；供料机构转动收料轴和供料轴，带动料带移动，使新层移到加工区域；工作台上升到加工平面；热压辊热压，工件的层数增加一层，高度增加一个料厚；再在新层上切割截面轮廓。

如此反复直至零件的所有截面粘接、切割完，得到分层制造的实体零件　优点：　　1. 成型速度较快由于只需要使用激光束沿物体的轮廓进行切割，无需扫描整个断面因此，成型速度很快，该技术常被用于加工内部结构简单的大型零件。

　　2. 原型精度高，翘曲变形小　　3. 原型能承受高达200摄氏度的温度，硬度较高、力学性能较好　　4. 无需设计和制作支撑结构　　5. 可进行切削加工　　6. 废料易剥离，无需后固化处理　　7. 可制作尺寸大的原型。

　　8. 原材料价格便宜，原型制作成本低　　缺点：　　1. 不能直接制作塑料原型　　2. 原型的抗拉强度和弹性不太好　　3. 原型易吸湿膨胀，因此，成型后应尽快进行表面防潮处理　　4. 原型表面有台阶纹理，难以构建形状精细、多曲面的零件。

因此，成型后需进行表面打磨　　在这种快速成形机上，截面轮廓被切割和叠合后所成的制品，如上图所示其中，所需的工件被废料小方格包围，剔除这些小方格之后，便可得到三维工件　　LOM常用材料是纸、金属箔、塑料膜、陶瓷膜等，除制造模具、模型外，该工艺还能直接制造结构件或功能件。

　　该快速成型技术的出现，还能较好地迎合了车灯结构与外观开发的需求，上图的零部件就采用了该工艺　　三维打印　　类似于传统的二维喷墨打印，可以打印超高精细度的样件，适用于小型精细零件的快速成型　　工艺原理：。

　　沿着X轴前后滑动，在成型室里铺上一层超薄的光敏树脂每铺完一层后，喷头架边上的紫外光球立即发射紫外光，快速固化和硬化每层光敏树脂该步骤减少了使用其他技术所需的后处理过程每打印完一层，机器内部的成型底盘就会极为精确地下沉，而喷头继续一层一层地工作，直到原型件完成。

成型时使用了两种不同的光敏树脂材料：一种是用来成型实体部件的成型材料，另一种类胶体的用来支撑部件的支撑材料　　优点：成型精度高，可以彩色成型缺点：成型表面粗糙，材料强度差，成型后表面细节差　　立体光刻造型。

　　工艺原理：　　先由软件把3D的数字模型，“切”成若干个平面，这就形成了很多个剖面，在工作的时候，有一个可以举升的平台，这个平台周围有一个液体槽，槽里面充满了可以紫外线照射固化的液体，紫外线激光会从底层做起，固化最底层的，然后平台下移，固化下一层，如此往复，直到最终成型。

　　优点：精度高，可以表现准确的表面和平滑的效果，精度可以达到每层厚度0.05毫米到0.15毫米　　缺点：可以使用的材料有限，并且不能多色成型　　选择性激光烧结(SLS)　　工艺原理：　　将3D模型薄片化之后，在一个容器内，让其充满待烧结的材料粉末，这些粉末可以做的很细，然后由大功率的二氧化碳激光，选择最底层的3D切片形状开始烧结，然后平台下移，材料辊则在已经烧结的部分基础之上，再铺上薄薄的一层材料粉末烧结，如此往复，直到整体成型。

　　优点：材料的强度非常高，可选材料从金属到聚苯乙烯等等，可选材料范围非常广泛　　缺点：成型精度低，成型后表面粗糙，不能彩色成型　　汽车行业已开始涉足上述六大类3D打印制造工艺，旨在打造低成本、个性化的车辆。

许多车企还采用了数码技术，用于车辆的原型制作、测试及各类工具、机床夹具(jigs)、固定装置(fixtures)及零部件的生产制作对车企而言，尽管3D打印技术尚处于初创期，但3D打印技术及其设备将助推汽车行数字化制造变革，其作用无疑是至关重要的。

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