東海大學(xué)利用3D打印實(shí)現(xiàn)高精度前照燈鏡片，效率和成本優(yōu)于傳統(tǒng)制造

2025年1月15日，南極熊獲悉，中國(guó)臺(tái)灣東海大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)一項(xiàng)研究揭示了3D打印技術(shù)在前照燈鏡片生產(chǎn)中的優(yōu)勢(shì)，這項(xiàng)技術(shù)不僅克服了傳統(tǒng)制造方法的局限，還為多樣化產(chǎn)品生產(chǎn)提供了更高的靈活性和性能。

△研究人員采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)汽車前照燈鏡片

研究團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人葉家宏指出，傳統(tǒng)的制造技術(shù)常常面臨成本高昂、交貨時(shí)間長(zhǎng)以及產(chǎn)量低等問(wèn)題。本項(xiàng)研究選取前照燈鏡片作為案例，深入探討了3D 打印技術(shù)替代傳統(tǒng)制造方法的潛力，并致力于為行業(yè)打造一個(gè)更快捷的產(chǎn)品驗(yàn)證流程。

△研究結(jié)果已發(fā)表在Applied Optics期刊上，題目為“利用3D打印技術(shù)取代車燈鏡片的制造工藝”（傳送門）

葉家宏繼續(xù)說(shuō)道：“3D 打印技術(shù)在光學(xué)元件生產(chǎn)領(lǐng)域具有巨大的潛力和前景。它能夠迅速制造出產(chǎn)品設(shè)計(jì)的原型，使設(shè)計(jì)師和工程師能夠快速驗(yàn)證設(shè)計(jì)的美學(xué)、結(jié)構(gòu)和功能。此外，這項(xiàng)技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜且創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，縮短新車型開發(fā)周期，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力�！�

與葉家宏一同領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的博士生陳偉民補(bǔ)充說(shuō)：“3D打印技術(shù)的靈活性為光學(xué)元件的生產(chǎn)打開了新的可能性，它能夠快速響應(yīng)市場(chǎng)變化，滿足定制化和個(gè)性化的需求。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和優(yōu)化，我們期待3D打印技術(shù)在未來(lái)的光學(xué)元件生產(chǎn)中扮演更加重要的角色�！�

△前照燈透鏡原型模型

現(xiàn)代制造業(yè)

隨著光學(xué)塑料行業(yè)的發(fā)展，市場(chǎng)正逐步傾向于提供多樣化的產(chǎn)品和滿足定制需求。傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)模式雖然注重一致的質(zhì)量，但目前正被小批量生產(chǎn)和更加個(gè)性化的解決方案所取代。傳統(tǒng)鏡頭模具成本高昂，要求制造商在投入生產(chǎn)前進(jìn)行詳盡的財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)與收益評(píng)估，導(dǎo)致決策過(guò)程延長(zhǎng)。

葉家宏指出：“而且，隨著產(chǎn)品設(shè)計(jì)日益復(fù)雜化，模具設(shè)計(jì)和制造工藝也變得更加復(fù)雜，這進(jìn)一步降低了生產(chǎn)速度。為了在快速變化的市場(chǎng)中保持競(jìng)爭(zhēng)力，制造設(shè)計(jì)能力必須能夠迅速適應(yīng)這些需求�！�

在該研究中，研究團(tuán)隊(duì)以汽車前照燈鏡頭為案例，探討了3D打印技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用潛力，并將它與光學(xué)元件常用的傳統(tǒng)加工方法，包括數(shù)控（CNC）加工和逆向工程進(jìn)行了對(duì)比。研究人員根據(jù)實(shí)際需求選擇了適當(dāng)?shù)墓に嚭筒牧�，并通過(guò)不同的生產(chǎn)工藝制作了測(cè)試產(chǎn)品，以驗(yàn)證3D打印技術(shù)在光學(xué)元件生產(chǎn)中的可行性與優(yōu)勢(shì)。

△研究人員直觀展示3D打印前照燈鏡片的透明度

工藝比較

研究人員對(duì)前照燈透鏡的關(guān)鍵特性進(jìn)行了詳細(xì)測(cè)量，包括透光率、表面輪廓、曲率半徑、直徑、高度和表面粗糙度，以評(píng)估不同制造方法的成果。3D打印透鏡展現(xiàn)了最小的曲率半徑誤差和極佳的表面粗糙度，透光率達(dá)到93%，與CNC加工樣品（94%）及兩種逆向工程透鏡（91%和94%）的透光率相當(dāng)，甚至超過(guò)了市售聚碳酸酯透鏡的90%。

△前照燈鏡片產(chǎn)品（a）3D打印，（b）CNC加工，（c）逆向工程（MU-60），（d）逆向工程（8016T）

在測(cè)試過(guò)程中，研究團(tuán)隊(duì)在8小時(shí)的打印周期內(nèi)成功生產(chǎn)了14個(gè)前照燈鏡頭，而樹脂材料成本約為30美元（約合210元人民幣）。這一結(jié)果不僅證明了3D打印技術(shù)適用于制作一次性原型設(shè)計(jì)，還展示了這項(xiàng)技術(shù)在提高運(yùn)營(yíng)效率和縮短小批量、多品種生產(chǎn)時(shí)間方面的潛力。

葉家宏指出：“3D打印技術(shù)具備多項(xiàng)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，例如，將多個(gè)組件整合為單一結(jié)構(gòu)、降低制造成本以及簡(jiǎn)化組裝流程�！笨傮w而言，3D打印在光學(xué)應(yīng)用中提高了設(shè)計(jì)的靈活性、成本效率和可持續(xù)性，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，它將成為推動(dòng)行業(yè)變革的重要力量。

盡管本研究已經(jīng)對(duì)前照燈透鏡的多種制造工藝進(jìn)行了評(píng)估，但要全面了解透鏡在實(shí)際條件下的性能，仍需進(jìn)一步研究。研究人員計(jì)劃對(duì)特定的前照燈模塊配置進(jìn)行深入研究，并評(píng)估燈具溫度、操作環(huán)境和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等內(nèi)部因素，以確保研究結(jié)果能夠有效地轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用。