3D打印技術(shù)在新能源汽車(chē)研發(fā)中的應(yīng)用及實(shí)例

隨著汽車(chē)“新四化”發(fā)展，汽車(chē)外觀、內(nèi)飾、結(jié)構(gòu)等都均已發(fā)生變化，尤其是新能源汽車(chē)動(dòng)力電池、電機(jī)技術(shù)性能提升比較快，工信部對(duì)新能源汽車(chē)公告（目錄）管理要求越來(lái)越高，公告生命周期基本在1年左右。新能源汽車(chē)整車(chē)企業(yè)新產(chǎn)品研發(fā)頻次越來(lái)越高，周期越來(lái)越短，而研發(fā)費(fèi)用是越來(lái)越多，難度越來(lái)越高。面對(duì)新的形勢(shì)，于是越來(lái)越多的新能源汽車(chē)企采用3D打印技術(shù)。

一、認(rèn)識(shí)一下3D打印機(jī)
有了計(jì)算機(jī)以后，計(jì)算機(jī)要將計(jì)算結(jié)果展示給人們，目前一般方式有二種，一是屏幕顯示，二是打印機(jī)打印結(jié)果在紙張上。

圖1 彩色噴墨打印機(jī)

圖1是辦公室用的彩色噴墨打印機(jī)，實(shí)際上按用途有不同規(guī)格，打印機(jī)產(chǎn)品是系列化。

圖2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖用繪圖機(jī)

圖2是產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙用的繪圖機(jī)。打印機(jī)與繪圖機(jī)基本相同，目前中國(guó)打印機(jī)（繪圖機(jī)）用的基本上國(guó)外品牌。國(guó)內(nèi)原來(lái)有“實(shí)徳”品牌的打印機(jī)已經(jīng)不見(jiàn)蹤影。圖1、圖2為平面打印機(jī)，也叫2D打印機(jī)。

圖3  辦公室用的3D打印機(jī)

圖3是辦公室用的3D打印機(jī)。辦公室用的3D打印機(jī)樣件幾何尺寸比較。

圖4 工業(yè)用3D打印機(jī)外形

圖4是工業(yè)用的產(chǎn)品設(shè)計(jì)出樣件，有的可以是產(chǎn)品功能件，或是用于模具生產(chǎn)，也可以是工業(yè)品展示件。

圖5 掛式空調(diào)零部件及組裝成品

圖5是工業(yè)用3D打印機(jī)打印出空調(diào)零部件和成品。

二、3D打印機(jī)基本原理介紹
2D打印的結(jié)果是平面的，基本原理大家都知道了，X-Y軸運(yùn)動(dòng)而成，3D打印機(jī)工作原理在2D基礎(chǔ)上，X-Y-Z軸運(yùn)動(dòng)而成，使之由點(diǎn)到線，由線到面順序凝固，完成一個(gè)層面的繪圖作業(yè)，然后升降臺(tái)在垂直方向移動(dòng)一個(gè)層片的高度，再固化另一個(gè)層面。這樣層層疊加構(gòu)成任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體模型。具體介紹如下：

①3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖6。

圖6 3D打印機(jī)工作原理

②3D打印機(jī)實(shí)例參數(shù)

③工業(yè)用3D打印機(jī)優(yōu)點(diǎn)：
a）能將CAD模型直接制成終端金屬產(chǎn)品，只需要簡(jiǎn)單的后處理或表面處理工藝。

b）適合各種復(fù)雜形狀的工件，尤其適合內(nèi)部有復(fù)雜異型結(jié)構(gòu)（如空腔、三維網(wǎng)格）、用傳統(tǒng)機(jī)械加工方法無(wú)法制造的復(fù)雜工件。

c）能得到具有非平衡態(tài)過(guò)飽和固溶體及均勻細(xì)小金相組織的實(shí)體，致密度幾乎能達(dá)到100％，SLM零件機(jī)械性能與鍛造工藝所得相當(dāng)。

d）使用具有高功率密度的激光器，以光斑很小的激光束加工金屬，使得加工出來(lái)的金屬零件具有很高的尺寸精度（達(dá)0．1mm）以及很好的表面粗糙度值（Ra=30 u m～50um）。

e）由于激光光斑直徑很小，因此能以較低的功率熔化高熔點(diǎn)金屬，使得用單一成分的金屬粉末來(lái)制造零件成為可能，而且可供選用的金屬粉末種類(lèi)也大大拓展了。

f）能采用鈦粉、鎳基高溫合金粉加工解決在航空航天中應(yīng)用廣泛的、組織均勻的高溫合金零件復(fù)雜件加工難的問(wèn)題；還能解決生物醫(yī)學(xué)上組分連續(xù)變化的梯度功能材料的加工問(wèn)題。

三、3D打印新能源產(chǎn)品實(shí)例
汽車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，車(chē)企均在探尋新的科技技術(shù)，3D打印技術(shù)主要是基于新車(chē)模型和工具的應(yīng)用。因此越來(lái)越多的車(chē)企采用3D打印技術(shù)，有效地減少研發(fā)和創(chuàng)新成本并有效地提高效率，應(yīng)對(duì)創(chuàng)新的、個(gè)性化的、小批量的客戶需求。

圖7 3D打印汽車(chē)零部件產(chǎn)品

3D打印部分車(chē)型的零部件產(chǎn)品，見(jiàn)圖8。

圖8 3D打印技術(shù)生產(chǎn)新能源的車(chē)型

來(lái)源：AAU資訊