3D打印技术在电动汽车个性化定制领域的应用

摘 要：3D打印技术作为一种快速发展中的制造技术，正逐步应用于各个领域，并发挥着重要的作用。电动汽车作为我国实现汽车行业快速赶超世界汽车先进水平的一种重要产品，已逐渐成为我国汽车市场的重要组成部分。本文分析现代3D打印技术和电动汽车的发展状况，综合阐述两者在未来的发展趋势，并对3D打印技术对电动汽车在个性化定制设计领域的促进作用进行分析。

关键词：3D打印技术；电动汽车；个性化定制设计

中图分类号：U466 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2017）03-0112-03

Abstract： As a rapid development of manufacturing technology， 3D printing technology is gradually entering various fields， and play an important role. As one of the most important products in the automotive industry， the rapid development of China"s automobile industry has gradually become an important part of China"s auto market. This paper described the development status of modern 3D printing technology and electric cars， expounded their comprehensive development trend in the future， and analyzed the promotion of 3D printing technology in the field of personalized design.

Keywords： 3D printing technology；electric vehicle；customization design

随着我国制造业的进步，与众不同的设计加工技术和制造生产理念也在不断进步。但随着目前全球油价不断上涨，拉动了石油和有关其他原材料价格的飙升，对我国许多行业的发展产生了不利影响。电动汽车作为一种没有燃料消耗和尾气排放的新型车种，对我国实现可持续发展有着十分重要的影响。3D打印技术作为一种新兴的制造加工技术，拥有着使用清洁能源、绿色环保的特点。同时在个性化定制领域，3D打印技术有着十分强大的制造能力。将3D打印技术融入到电动汽车的个性化设计中，提升电动汽车的创新设计竞争能力，让电动汽车在中国汽车市场弯道超车，最终实现我国汽车产业国际竞争力的提高。

1 电动汽车的个性化定制

1.1 电动汽车发展

电动汽车的发展有著悠久的历史。从19世纪开始，英国开始了电动汽车的相关研究和生产，紧接着日本等国家也开始引入电动汽车的相关技术。从1949年的石油危机开始，电动汽车作为重要的开发项目，在日本、美国和欧洲等国家走向了发展的高速道。1990年前后，电动汽车的核心——锂电池的研发，以及人们对全球环境的重视，电动汽车作为一种低污染的汽车开始大规模普及[1]。

目前，在我国随着“863计划”的大力推广，电动汽车的相关配套技术有了很大的突破，相关的研发中心、生产基地也陆续建设完成，包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车在内的多种概念车纷纷出现。

虽然目前电动汽车的性能已经发展到与内燃机汽车不相上下的地步。但是，由于电动汽车既有发动机系统，又有电动机系统，其成本相较于传统汽车来说更高[2]。同时，相较于传动汽车，电动汽车除了动力系统和能源系统之外，在外观、内饰、人机交互等方面并未有非常大的改观，甚至有的只是在传统车型上进行了电动系统的改造，性价比并未达到顾客所期盼的地步。我国目前电动汽车的发展虽然来势迅猛，但是“雷声大雨点小”，对传统的汽车行业并未造成太大的冲击。

1.2 电动汽车的个性化定制

从我国的电动汽车发展情况来看，目前的成就主要集中在工程技术领域，如电池技术和驱动技术，对于电动汽车造型领域的研究和成果还较少。而电动汽车所呈现出的形象和特点都必须体现出与众不同的气质和身份，而这也是我国将电动汽车进入市场并商业化的重要环节[3]。

由于电动汽车在本质上还是属于汽车的范畴，其主要的功能还是依靠机械的传动系统来实现。所以，对电动汽车的个性化定制还是受到其功能与结构的限制。加之目前的汽车流水线主要用于批量生产汽车的相关配件，其主要的外观和内饰设计受到先天的加工条件和市场环境制约。就目前的市场情况来看，电动汽车主要的发展趋势不同于传统内燃机汽车，追求的是自然舒适的加速体验和稳重轻便的驾驶体验，而不是速度感和力量感[3]。这些区别是电动汽车的本质，而这些特征和本质必须通过电动汽车的外观设计和内饰设计表达出来。

2 3D打印技术

2.1 3D打印技术

3D打印技术最早起源于美国。早在1988年，美国的3D Systems公司利用分层制造法，结合传统机床的加工方式，构成了最早期的3D打印技术。随着3D打印技术的不断发展，相应的设备零件不断被生产出来，通过国外的3D打印论坛的逐步发展并吸引了一大批爱好者进行开发，以及相关软件代码的开源，随后10a涌现出了十余种不同的3D打印设备[4]。由此，美国在设备的研制、生产和销售方面成为了3D打印行业的领头者，其发展水平和技术基本代表了世界的先进技术水平和研究方向。我国在1994年引进了3D打印技术，并专门成立了快速成型设备研发制造的公司，并生产了以SLS快速成型设备为代表的3D打印设备。

3D打印技术最突出的优点是无需通过对毛坯进行切削、钻孔等加工或者模具的应用，直接通过对计算机中的3D模型进行切片，生成机器代码，然后直接一层层的生成形状复杂的零件，而根据其所用材料的性质及片层结构生成方式的不同，大致可分为光敏树脂选择性固化工艺（Stereo Lithography Apparatus）、粉末材料选择性烧结工艺（Selected Laser Sintering）及丝状材料选择性熔覆工艺（Fused Deposition Modeling）[5]。

2.2 3D打印技术的应用

目前3D打印技术作为一项前沿性、先导性非常强的新兴技术，对传统制造业的工艺改造和新材料的广泛应用具有颠覆性的意义和作用[6]。目前，3D打印技术正逐渐从打印物体三维造型过渡到打印物体的内部结构，最终发展到打印物体的使用功能阶段。目前，在机械制造领域内主要用于单件制造和小批量零件的制造。由于采用增材制造技术，相对于传统的减式生产方式，能够在产品造型、结构等方面作出革命性的创新。

2.3 3D打印技术市场分析

由于目前生产工艺的限制，一个产品需要由多个零件装配而成。这种组装结构增加了产品的质量、体积、复杂度和故障概率，同时在生产和装配过程中消耗了大量的材料及能源。而3D打印在制造这种复杂的产品结构时有着非常大的优势。3D打印技术能够使产品结构一体化，变得更加简单，甚至某些特殊结构可一次成型而无需装配，不仅提高了生產效率，而且提高了产品的结构强度和可靠性[7]。

但是，由于目前作为一种新兴技术的3D打印，还存在着一定的发展瓶颈。一方面，前期投入的资本过大，而能够获得的回报却达不到要求。因此，目前在3D打印方面的资金投入还未形成规模，目前的3D打印技术主要依赖国家项目资助进行技术研究，相关企业的作用还未体现[6]。另一方面，由于尚无主导的技术标准，缺乏产学研一体化机构，致使形成的产业化规模程度较低，有效的产业链并未形成[8-10]。

3 3D打印技术与定制化电动汽车的发展

3.1 3D打印在汽车定制市场的优势

如今汽车已成为一种大众化的商品，不同品牌的车型与配置等选择也十分丰富。但由于个体对汽车外观造型的审美差异和区域化环境的影响，顾客对汽车这种消费产品的要求也不尽相同，这也让目前的车企无法满足如此庞大的个性化需求[11]。

而3D打印技术在这方面有着得天独厚的优势。目前汽车在定制领域更多集中在外观、材料的选择上。即使目前车企提供了多种价位、多种配置的车型配置，但这种方法不仅给消费者的判断带来了困扰，而且消费者的个性化需求并未得到满足。而目前的3D打印技术已经在复杂外观的构建、多材料选择上发展了很长时间，目前应用广泛的3D打印技术已经能够满足对汽车个性化定制市场的需求，并完美地契合到生产中[12，13]。

3.2 未来电动汽车个性化发展展望

在不久的将来，3D打印技术在电动汽车个性化定制领域会有着越来越广泛的应用。在造型方面，“设计即制造”让个性化汽车产品的设计过程更加简便。并且由于外观和内饰的造型受到用户的主观影响非常大，简单的设计方式甚至可以让用户参与到对其的设计过程中[14]。在产品结构方面，增材制造的方式有着“一体成型，支撑可卸”的优点，在制造复杂的结构，特别是需要制造复杂的曲面艺术造型时，无需考虑到材料的拼接问题[15]。在制造一些复杂铰链外壳件（如手套箱盖板）时，相连的零件可以借助辅助性支撑材料一同制造，最后用非常方便的方式（如用水浸泡）去除[16]。

参考文献：

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[6]孙建明，童泽平，殷志平.3D打印技术的市场应用及发展前景分析[J].现代商贸工业，2014（18）：81-82.

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[14]K Tucker，D Tucker，J Eastham，et al. Network Based Technology Roadmapping for Future Markets： Case of 3D Printing[J].Technology & Investment，2014（3）：137-156.

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[16]赵婧，尹欢.体验设计在汽车内饰设计中的发展及展望[J].包装工程，2014（6）：77-81.

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