3D打印技术在新能源汽车研发中的应用及实例

随着汽车“新四化”发展，汽车外观、内饰、结构等都均已发生变化，尤其是新能源汽车动力电池、电机技术性能提升比较快，工信部对新能源汽车公告（目录）管理要求越来越高，公告生命周期基本在1年左右。新能源汽车整车企业新产品研发频次越来越高，周期越来越短，而研发费用是越来越多，难度越来越高。面对新的形势，于是越来越多的新能源汽车企采用3D打印技术。下面介绍3D打印技术在新能源汽车研发中应用及实例，供同行参考。

一、认识一下3D打印机

有了计算机以后，计算机要将计算结果展示给人们，目前一般方式有二种，一是屏幕显示，二是打印机打印结果在纸张上。

图1 彩色喷墨打印机

图1是办公室用的彩色喷墨打印机，实际上按用途有不同规格，打印机产品是系列化。

图2 产品设计图用绘图机

图2是产品设计图纸用的绘图机。打印机与绘图机基本相同，目前中国打印机（绘图机）用的基本上国外品牌。国内原来有“实徳”品牌的打印机已经不见踪影。图1、图2为平面打印机，也叫2D打印机。

图3 办公室用的3D打印机

图3是办公室用的3D打印机。办公室用的3D打印机样件几何尺寸比较。

图4 工业用3D打印机外形

图4是工业用的产品设计出样件，有的可以是产品功能件，或是用于模具生产，也可以是工业品展示件。

图5 挂式空调零部件及组装成品

图5是工业用3D打印机打印出空调零部件和成品。

二、3D打印机基本原理介绍

2D打印的结果是平面的，基本原理大家都知道了，X-Y轴运动而成，3D打印机工作原理在2D基础上，X-Y-Z轴运动而成，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面。这样层层叠加构成任意复杂结构的三维实体模型。具体介绍如下：

①3D打印机结构示意图

3D打印机结构示意图见图6。

图6 3D打印机工作原理

②3D打印机实例参数

③工业用3D打印机优点：

a）能将CAD模型直接制成终端金属产品，只需要简单的后处理或表面处理工艺。

b）适合各种复杂形状的工件，尤其适合内部有复杂异型结构（如空腔、三维网格）、用传统机械加工方法无法制造的复杂工件。

c）能得到具有非平衡态过饱和固溶体及均匀细小金相组织的实体，致密度几乎能达到100％，SLM零件机械性能与锻造工艺所得相当。

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属，使得加工出来的金属零件具有很高的尺寸精度（达0．1mm）以及很好的表面粗糙度值（Ra=30 u m～50um）。

e）由于激光光斑直径很小，因此能以较低的功率熔化高熔点金属，使得用单一成分的金属粉末来制造零件成为可能，而且可供选用的金属粉末种类也大大拓展了。

f）能采用钛粉、镍基高温合金粉加工解决在航空航天中应用广泛的、组织均匀的高温合金零件复杂件加工难的问题；还能解决生物医学上组分连续变化的梯度功能材料的加工问题。

三、3D打印新能源产品实例

汽车市场竞争日益激烈，车企均在探寻新的科技技术，3D打印技术主要是基于新车模型和工具的应用。因此越来越多的车企采用3D打印技术，有效地减少研发和创新成本并有效地提高效率，应对创新的、个性化的、小批量的客户需求。

①3D打印汽车零部件产品，见图7。

图7 3D打印汽车零部件产品

3D打印部分车型的零部件产品，见图8。

图8 3D打印技术生产新能源的车型

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