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基于3D打印的汽车运动部件的设计与模型制作1234目录论文的目的及意义汽车运动部件打印可行性分析5成本分析悬架总成建模结论论文的目的及意义本文首先对3D打印技术进行了详细论述，同时将其与传统的加工方法进行具体的比较，从而说明为什么3D打印技术会被视为第三次工业革命。其次本文将3D打印技术和3D建模技术进行了整合，进行了悬架转向总成的3D设计建模与3D打印，以此为实例与传统加工方式在成本、时间和性能上进行对比，分析了3D打印在汽车零部件样件设计开发中的优势。汽车运动部件打印可行性分析论文结构一、作为快速成型技术的一种，3D打印机早在几十年前就已经开发出来，但是由于其价格、材料以及技术的限制，3D打印技术一直无法普及。近年来，随着技术的提高，3D打印技术已经开始在设计领域、影视行业、辅助教育、外科医疗的领域有所应用。人们甚至利用3D打印机打印出了汽车和喷气式发动机引擎。3D打印技术的发展和现状这些打印产品的问世极大的促进了3D打印技术的发展，它让人们看到了3D打印技术的无限可能性，也让我产生了将3D打印技术用于汽车运动部件样件的设计与模型制作的想法。而为了更好的验证这个想法的可能性，我们必须对3D打印技术做一些了解，同时以打印悬架总成为案例来分析。二、3D打印技术现在可分为直接打印和间接打印。直接打印就是利用现有的打印机直接打印出符合要求的产品；而间接打印则是利用打印机打印出蜡或硅溶胶模型，然后利用失蜡法完成铸造。而目前，我们已经看到了3D打印机可以直接打印出的引擎、机翼支架等金属部件，并且这些产品的各项性能都符合指标，由此可见，直接打印汽车运动部件就目前而言，在技术方面是可以做到的。悬架总成建模由于这次主要是利用悬架总成模型来验证打印汽车运动部件的可行性，并且物体的复杂程度不影响打印成本，所以在绘制三维模型时做了适当简化，只是保证了大概的尺寸和最后的重量。此次的悬架模型是利用CATIA绘制的，最终模型如下图：悬架总成建模成本分析一、用3D打印机直接打印的成本分析3D打印是一项新兴技术，但就目前来讲，在制造金属件方面3D打印技术并不占优势。目前的金属打印主要还只在实验室里，有能力的目前也只是在尝试使用这门技术来生产制造。而3D打印应用最多的行业无疑是航空领域，这个领域的特点可以说就是只要可以做好，不差钱。所以说目前3D打印技术用来生产零部件还并不实际。成本会比传统工艺高很多，更重要的是目前的技术环境下，很多时候打印出来的产品还需要进行后处理，这也增加了不少成本。时间方面，虽然打印时间短，但前期准备和后期处理也会占用不少时间，所以时间方面目前虽有优势，但也没那么明显。举个例子：内啮合齿轮的加工，采用激光粉末烧结工艺，价格为600元/小时，而要打印一个齿轮也需要至少半小时；采用传统齿轮机床加工单件为6元。通过对比可知在金属打印方面，3D打印的价格太高，而且对于齿轮这样批量生产的部件也不占有优势。成本分析直接打印悬架总成的成本预估：就目前而言，直接算出打印悬架的成本是做不到的，我们现在可以对其做一个大概的估计。由于目前市面上不锈钢材料的打印产品比较多，我们暂且使用不锈钢的价格来预估打印一个悬架所需要的成本。目前市面上不锈钢的打印价格在每克2.5美元左右，换成人民币在每克15元左右。由于3D打印产品的成本与主要与产品的质量有关，所以下面我们的主要工作是获得不锈钢材料的悬架的重量。由于这里采用的是CATIA建模，而CATIA刚好有赋材和计算质量的功能，所以我们很容易得出该悬架3D模型的质量为57.106kg。具体过程可见下图：成本分析成本分析下面我们就可以很轻松的预估出打印悬架的成本，具体如下：悬架的打印成本=打印材料的价格×悬架质量=15×57.106×1000=856,590元成本分析二、利用3D打印技术间接打印悬架总成的成本分析由于3D打印的本体材质有诸多问题，性能差别。有种思路是用3D打印出一个模具，然后还是用成品的材料：比如标准的热塑料灌进去。这样材料便宜，性能好，效率也高。具体对比可见下表：制作样件的方法样件数量制作样件所用的材料模具成本平均每件样件的成本平均每件样件的耗时直接3D打印样件1-10FDM或Polyjet塑料无高高直接加工研磨1-100热塑料无高高硅树脂模具5-100热固性塑料低中高用Polyjet3D打印模具10-100热塑性材料低中中金属模具100-20,000+热塑性材料高低非常低成本分析从表中可以看出，Polyjet模具的成本相对较低，速度较快。成本分析在制作塑料件样件时，我们可以使用DigitalABS材料来制作模具，下面是使用传统方法制作铝模具与打印DigitalABS材料模具的成本对比：成本分析从上表中很明显可以看出用Polyjet技术打印的DigitalABS占有很明显的优势。所以我们还可以采用这种方式来制作悬架总成。现在用硅溶胶制作工艺铸件的方法已经非常成熟，现在可以用PolyJet技术打印硅溶胶模具，然后采用硅溶胶脱蜡工艺来完成悬架的生产。由于3D打印技术在制作模具方面的优势，将3D打印技术用于悬架的开发就可以节省大量的成本和时间。具体的对比可见表2-2以及表2-3；而就目前打印树脂材料的物件价格大概在3.5元每克，同样用CATIA可以算出树脂材料的模型的质量为10.172kg。成本分析成本分析所以根据以上数据我们可以预估间接打印的成本，具体如下：悬架的打印成本=打印材料的价格×悬架质量=3.5×10.172×1000=35602元成本分析直接打印与间接打印成本对比：直接打印成本间接打印成本856590元35602元可以很直观的看出，间接打印才是目前打印汽车运动部件比较可行的方法。打印样件展示结论3D打印作为一项新兴的快速成型技术具有很好的发展前景，由于其在技术成熟时能打印任何你想要的东西，且无需模具，它必将带来一场新的工业革命。但目前国内主要的打印业务集中在制作塑料模型，国外也没有工业级的产品商业化。所以3D打印在零部件开发上还有很长的路要走。3D打印在打印金属件方面价格昂贵，现在直接打印悬架大约需要856,590元，因此金属直接打印并不适合，而且塑料直接打印悬架会存在力学问题。可以考虑间接打印。先打印硅溶胶模具，然后利用传统的浇铸来制作零部件，对于此次的悬架模型，间接打印只需要3万元左右，而且力学性能符合要求。因此间接打印将是一种有效的运动部件和零部件的开发方式。