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摘要：在改革开放的新时期，经济在快速发展，社会在不断进步，汽车产业出现了“以塑代钢”的轻量化趋势，随着3D打印技术的不断发展，3D打印塑料材料在汽车配件设计中应用广泛，能够有效地节省汽车研发周期，削减成本。概述了3D打印塑料材料的现状，包括其种类、形态及改进技术，及其对于汽车配件设计的影响；介绍了3D打印塑料材料在汽车配件设计中的应用，并对其在汽车配件设计中的未来发展趋势进行了探讨。
关键词：3D打印；3D打印塑料材料；汽车配件
引言
3D打印是工业制造领域的又一次技术飞跃，它颠覆了我们传统意义上的减材制造工艺技术，而是以材料层层堆积的形式，开启了增材制造工艺的新时代。工信部制定的《国家增材制造产业行动计划（2017-2020年）》中也包了括“3D打印+”应用推广行动。从设计角度，3D打印为设计者们提供了一种新的思维模式。由于3D打印制造工艺对制品的复杂程度并不敏感，这就使人们可以更多地从使用的便捷性、人机性、结构轻量化等方面进行零件设计，而适当减少工艺可行性的顾虑。并且3D打印不需要图纸，可以基于三维数据，直接制造出成品，大大减少了设计耗时。
1当前汽车材料的发展状况
现阶段大部分汽车企业都缺乏专业的技术研发机构和团队，没有相应的管理模式，对汽车材料的研发创新还停留在与高校合作的单一模式上面，使得现阶段我们的汽车材料创新发展相对较为平缓。汽车材料是汽车品质的保障，汽车行业的发展，在一定程度上一取决于其汽车材料的创新和发展。现阶段我国的汽车制造材料大多都在使用钢铁。而随着节能环保的观念不断深入，新型结构材料正在以其轻质结构的材料替换原有的钢铁材料，实现节省燃料的目的。据统计汽车自重减轻10%，汽油消耗将减轻6%～8%。而随着轻质金属、合成塑料、陶瓷、铝合金等复合材料的应用和使用，汽车自重不断变轻，不断节能化。其次随着电动、混合燃油技术的不断成熟，也对汽车材料有了更严格的要求。
2 3D打印塑料材料在汽车配件设计中的应用
2.1 3D打印塑料材料在汽车配件设计中的案例
汽车行业大量使用3D打印塑料材料制作的汽车配件。3D打印塑料材料制作汽车配件，令汽车的设计制作更高效、更节能、更美观。3D打印塑料材料在汽车配件设计中的应用通常分为内外造型设计应用、设计验证应用、以及复杂结构件的设计应用和个性化定制。汽车的内外造型是汽车设计的一个重要方面。一般在内外造型的设计中会使用油泥来制作模型，但是对于很难成型的配件而言，通常会利用3D打印塑料材料以提高效率，并且将造型细节更好地表现出来。使用3D打印塑料材料还能够制作出透明与不透明件的复合件，同时也能够涂装产品表面，有着良好的便利性。3D打印塑料材料被运用于许多概念车的设计中。EDAG公司的概念车EDAGGENESIS，使用3D打印塑料材料直接通过3D打印技术制作而成。这部概念车以龟壳为灵感，其车架如同龟壳骨架一般，具有良好的稳定性。正是突破传统的3D打印塑料材料的运用，才能够充分地将设计师的创意表达出来，为量产汽车的设计提供参考。另外，在一款3D打印一体成型的混合动力车Urbee2的设计制造中，设计团队将玻璃纤维运用到挡泥板、车顶等汽车配件的设计中，该材料紧密度良好，且可塑性较强。将这种玻璃纤维材料制成丝状，精细度极高，因此打印出来的Urbee2的汽车配件其结构和细节都十分准确精美。开模成本高昂，出于成本因素的考虑，无法对每个配件进行开模生产验证。通过3D打印塑料材料直接打印出来无需开模，能够有效节省验证过程的成本。
例如在汽车车灯的设计验证中，可以利用3D打印塑料材料制模，翻制硅胶模，进行浇注，从而制作样件。相比直接开模，这种方式能够大大节省成本。由于汽车行业的轻量化趋势，许多汽车配件开始使用塑料进行制作。然而，汽车中有着大量的复杂零件，使用传统的塑料加工工艺制作难度大，使用3D打印塑料材料进行3D打印制作则能够高速有效地制作一些复杂的机构件。例如汽车发动机的进气歧管，通过使用3D打印塑料材料打印制作，十分便利，并且能够提高性能，控制成本。空气进入进气歧管再被分离到各个气缸。福特将3D打印塑料材料制作的进气歧管安装在赛车上，大大节省了进气歧管的改进调试时间；并且这种进气歧管比较轻、进气性能好，最终赢得美国著名的24hDaytona汽车耐力赛。
2.2塑料复合型材料
除了汽车主体结构之外，汽车内外装饰和个别零部件多采用塑料复合型材料。这就应强化汽车加工中塑料复合型材料的要求力度，逐步提高各类塑料复合型材料在汽车加工制造中的实际应用效果。加上应用塑料复合型材料进行汽车内外装饰制作，还能提高汽车内外装饰的美观性和节能效果，全面满足有关部门对汽车加工制造提出的要求。而且将新型材料与普通塑料结合到一起，还能降低汽车整体质量，继而达到汽车轻量化的目标。在进行塑料复合材料加工制作时，还应考虑汽车的固有性能，保证塑料复合材料中各类原材料配比的合理性。有效提升塑料复合材料的固有性能，避免塑料复合材料在后期使用过程中出现问题。对汽车在使用过程中出现的损坏来说，也可以利用塑料复合材料对汽车损坏部位展开优化处理，以避免汽车相同部位再次出现损坏问题。
2.3打印硅胶膜母型
在汽车零部件试制阶段，小批量试制较大的塑料件时，综合考虑硅胶模为最优选择，但原型通常都是CNC制作的，费用非常昂贵，所以现在许多的零部件供应商也都纷纷引入3D打印设备，通过3D打印的方式制作原型，既快又省，大大提高了生产效率。
2.4试制样件
在设计研发阶段，3D 打印可以进行设计验证零件和造型评审零件的加工，远远节省了制造成本和研发周期。在工程样车装配过程中，可能由于个别零件无法赶上装配进度，此时为满足试验要求，就需要打印相应的零件装车。但由于 3D 打印零件的强度稍弱，还需要将零件进行加厚或增加加强筋，以满足需求。在平台样车装配阶段，局部车身变更时，相应的内外饰零件或风道也需要随之变更。我们通常的做法就是在原有零件的基础上进行切割、粘接等，但难免会出现漏风、露钣金等现象，影响试验员的体验和整车的美观。而现在我们则可以根据更改后的车身数据，利用 3D 打印的方式，小批量制作非正式的护板类零件，可以更好地为试制的用户——试验提供最优的服务。
结语
汽车行业正处于一个飞速发展的时期，汽车配件大量运用了3D打印塑料材料，有效推动汽车研发设计的进程，缩短汽车设计生产周期，减少生产成本，并在一定程度上提高性能，在汽车设计的多个方面具有十分重要的价值。未来3D打印塑料材料定将不断优化升级，在汽车配件设计发挥更大的作用，推动汽车行业的高速发展。
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