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公选课汽车制造与3D打印


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3D 打印与汽车制造
专业: 软件外包 姓名: 郭芳 学号: 1213122032 如果,你是一个狂热的汽车迷,那想必你对于 BMW i3 纯电动车使用碳纤维 增强塑料后减少了零部件数量并且使用强力胶粘连,一定有所了解。下面我将说 说关于热门的 3D 打印与汽车制造间的关系。 在讨论 3D 打印与汽车制造关系之前,我们先来了解一下什么是

3D 打印。3D 打印,即快速成型技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金 属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。 这么说可能有点抽象。 大家都知道日常生活中使用的普通打印机可以打印电 脑设计的平面物品,而所谓的 3D 打印机与普通打印机工作原理基本相同,只是 打印材料有些不同,普通打印机的打印材料是墨水和纸张,而 3D 打印机内装有 金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料” ,是实实在在的原材料,打印机与 电脑连接后,通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来,最终把计算机 上的蓝图变成实物。通俗地说,3D 打印机是可以“打印”出真实的 3D 物体的一 种设备,比如打印一个机器人、打印玩具车,打印各种模型,甚至是食物等等。 之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理,因为分层加工 的过程与喷墨打印十分相似。这项打印技术称为 3D 立体打印技术。 这以为这我们可以打印出任何能够画成三维立体图的东西, 是不是听起来 很是心动?那么,下面就来具体介绍一下 3D 打印在汽车制造领域的应用。 首先,先了解一下世界上第一个 3D 打印汽车 Urbee 2 吧! 世界上第一款 3D 打印汽车 Urbee 2 世界上第一款 3D 打印汽车的诞生离我们并不久远。在 2013 年上半年,一台 名为 Urbee 2 的小车诞生了。其实它的前身 Urbee 早在 2010 年就推出了,只不 过当时由于各种问题只停留在了概念阶段。Urbee 2 则是一款真正意义上量产的 车型。 Urbee 2 是一款搭载混合动力的三轮车,由车身后置的独轮驱动。在

城市中行驶时,Urbee 2 由电力驱动,内置 7.6kWh 电量,两个前轮由一对 36 伏 特的电动马达驱动,可提供 6kW 的巡航动力,最高动力 12kW。电力驱动行驶里 程可达 64 公里。当电力不足时,则切换到内燃机来驱动发电机给电池供电。
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3D 打印汽车的升级版——Strati Strati 是 Local Motors 公司推出的一款 3D 打印汽车,号称 Strati 是全球 第一辆。因为在 Local Motors 看来,Urbee 2 的底盘部件并未由 3D 打印机完成, 而 Strati 不仅 3D 打印的应用率更高,而且已经接受媒体试驾,所以它同样可以 称为“第一辆 3D 打印汽车” 。 Strati 诞生于 2014 年,它的确相较 Urbee 2 有了明显的进步。首先,它 的底盘部分也采用了 3D 打印技术制造,其次它的打印时间仅为 44 个小时。如果 加上组装时间, 最新的数据表明只需要三天就能造出 Strati。从超过 100 天到 3 天,效率的飞速提升预示着 3D 打印汽车的未来发展不可预估。 在外型上,相较 Urbee 2 略显怪异的造型,Strati 也更符合人们的审美。 宽车身加上低矮的底盘高度甚至让它有了些运动车的气质。 3D 打印受到这么多的追捧,是因为但 3D 打印汽车拥有非常大的优势。 ①生产领域:相较传统汽车制造业用零件拼接的方式生产汽车,3D 打印汽车则 先打造一个框架,然后将需要的部件填补进去。3D 打印汽车更少部件的应用不 仅可以大幅降低车身重量,还可以省去冲压这一环节。这对于小规模生产来说, 省去了制造模具的成本,效率更高,而且不需要硕大的厂房,直接降低了汽车生 产的门槛。 ②设计领域:由于 3D 打印的快速成型特性,汽车厂商可以应用于汽车外形设计 的研发。相较传统的手工制作油泥模型,3D 打印能更精确的将 3D 设计图转换成 实物,而且时间更短,提高汽车设计层面的生产效率。目前许多厂商已经在设计 方面开始利用 3D 打印技术,比如不久前我们曾经参观的奔驰设计中心。 ③零部件领域:3D 打印技术还能快速的生产造型复杂的产品,而汽车零部件正 是。在传统汽车制造领域,汽车零部件的开发往往需要长时间的研发、测试。从 研发到测试阶段还需要制作零件模具, 不仅时间长, 而且成本高。 当存在问题时, 修正零件也需要同样漫长的周期。而 3D 打印技术则能快速制作造型复杂的零部 件,当测试出现问题时,修改 3D 文件重新打印即可再次测试。可以说,3D 打印 技术让未来零部件的开发成本更低,效率更高。 总结:3D 打印整车很难在近期改变我们的生活,但 3D 打印在以上两个领域 将在短时间内让消费者从中受益。研发阶段成本的降低、效率的提高将为消费者

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带来更高品质的汽车产品,同时价格也将更实惠。 虽然,现在 3D 打印蓬勃发展,但现阶段由于它还处在技术的发展阶段,所 以不可避免的,它还是有一些劣势。 ①材料的限制:虽然高端工业印刷可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印, 但无法实现打印的材料都是比较昂贵和稀缺的。另外,打印机也还没有达到成熟 的水平, 无法支持日常生活中所接触到的各种各样的材料。研究者们在多材料打 印上已经取得了一定的进展, 但除非这些进展达到成熟并有效,否则材料依然会 是 3D 打印的一大障碍。 ②机器的限制:3D 打印技术在重建物体的几何形状和机能上已经获得了一 定的水平, 几乎任何静态的形状都可以被打印出来,但是那些运动的物体和它们 的清晰度就难 以实现了。这个困难对于制造商来说也许是可以解决的,但是 3D 打印技术想要进入普通家庭, 每个人都能随意打印想要的东西,那么机器的限制 就必须得到解决才行。 ③花费的承担:3D 打印技术需要承担的花费是高昂的。第一台 3D 打印机的 售价为 1 万 5。如果想要普及到大众,降价是必须的,但又会与成本形成冲突。 ④3D 打印现阶段还比较粗糙:由于 3D 打印的精度问题,用户需要忍受粗糙 的做工。粗糙不平的打印面如果想要获得平滑效果,又将进一步提高成本,加大 打印时间。 虽然 3D 打印汽车已经逐渐兴起,但仍旧存在着许多亟待解决的问题。首先, 相较传统汽车制造业而言,生产周期和产能还是较低,很难大规模量产。此外, 由于需要考虑到安全性等因素, 原材料品质与成本因素很难平衡,导致单车生产 成本过高也制约着现阶段 3D 汽车的商业化。 每一种新技术诞生初期都会面临着这些类似的障碍, 但相信找到合理的解决 方案 3D 打印技术的发展将会更加迅速,就如同任何渲染软件一样,不断地更新 才能达到最终的完善。 现在还有一项更新的技术 4D 打印,到那时《变形金刚》里的场景将不再只 是银幕上的幻想,可变形的汽车将更加安全、方便、可靠。

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