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3D打印汽车零配件的优势夏玉洁

发表时间：2020/6/17 来源：《基层建设》2020年第4期作者：夏玉洁

[导读] 摘要：随着新时代的到来，人们生活水平提高，带动了我国科学技术的快速进步。其中，汽车行业作为中国工业领域中的重要组成部分，是制造业中信息化程度较高的行业。

        身份证号：34252419730721xxxx；安徽中鼎橡塑制品有限公司安徽省宁国市 242300
        摘要：随着新时代的到来，人们生活水平提高，带动了我国科学技术的快速进步。其中，汽车行业作为中国工业领域中的重要组成部分，是制造业中信息化程度较高的行业。在其生产加工过程中，依旧有许多工艺不能满足无人化、智能化的要求，例如流水线标识文字，传统检测手段多为人工或2D检测，效率低、人工成本高，出错率高。利用激光、视觉、3D算法等高新技术，可以大大提高检测到精度和自动化程度，结合生产制造的工艺流程，可以实现在线检测和优化控制，对汽车零部件生产企业意义重大。
        关键词：三维扫描；点阵云；图像渲染；图像二值化；光学字符识别
        1 3D打印汽车零配件的优势
        3D打印技术优势在于能快速更改设计差错、提高生产效率、降低开发成本。汽车空调HVAC塑料壳体及风道，是汽车车身内饰中比较大的塑料零部件，一体成型全球最大的3D打印尼龙件――汽车空调HVAC壳体，长度达950mm，宽度达450mm，建造时间仅10小时，且其强度、精度完全符合要求。通过使用3D打印技术以逐层累加的方式完成加工，将HVAC壳体的三维复杂的不规则曲面、镂空异形结构，转化为简单的平面结构进行成型，突破了传统加工技术的壁垒，可一次成型，相比之下更加具有优势。再复杂的外壳也能一体成型，其次研发的成本对比传统制造的成本下降了高达95%，研发的周期也要比传统制造短。
        2 3D打印材料的种类
        塑料材料的种类多种多样，3D打印塑料材料需要满足3D打印在技术上的各种需求，需要有别于普通塑料材料的特殊特质。3D打印塑料材料需要在熔融后具有一定的流动性，并且在产品成型之后，不易断裂变形。目前能够用于3D打印的塑料材料有以下几种。
        (1)工程塑料。工程塑料的强度良好，不易受外界条件，例如光照、温度等影响而变形，运用范围较广。常用有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚苯砜(PPSF)、聚酰胺(PA)等。在熔融沉积3D打印中运用最多的是ABS。ABS中的A丙烯腈，不易变形不易受腐蚀，并且耐热。B丁二烯，弹性及韧性较好。S苯乙烯，有助于改善电性能。在应用过程中通常是将ABS做成丝状或粉末化再进行3D打印，可以应用于各种不同汽车配件的制作。由于工程塑料性价比高，性能良好，被大批应用在汽车、飞机、轮船、通讯、电子等制造工业及化工领域，并实现了“以塑代钢”。
        (2)生物塑料。生物塑料需要利用微生物的作用，并以天然材料为基础生成。生物塑料的特点是其再生性，废弃后可以被微生物如细菌等降解，不会造成环境污染。3D打印生物塑料有聚乳酸，聚羟基烷酸酯等。使用聚乳酸进行熔融沉积3D打印成型产品效果光滑。目前全球生物塑料产能正在不断增长，这正是由于聚乳酸及聚羟基烷酸酯的推动。
        (3)热固型塑料。热固型塑料在首次加热时会变软并流动，但当温度达到一定程度，就会固化变硬，当第二次加热时，无法再软化流动。热固型塑料强度高，耐火性好。常见的热固型塑料有环氧树脂、氨基树脂等。一般，在粉末激光烧结成型的3D打印工艺中，会选用热固型塑料。
        3汽车零配件生产中的实际应用
        3.1轮胎模具标识视觉采集系统工程实现
        根据轮胎模具标识的特点及轮胎模具参数，设计系统采用轮胎模具不动，视觉采集系统旋转（绕轮胎模具字符串所在圆周的中心旋转）的方法，将轮胎圆周上的字符串扫描建模。为了满足不同轮胎尺寸大小及同一轮胎不同半径方向的字符串的采集需求，视觉采集系统机构必须具有圆周旋转和径向移动的功能，因此视觉采集系统如下图所示。

        3.2发动机气缸标识检测
        气缸标识是气缸身份识别标志，由专用工具打印，是凹字符。二维照相机比较难于识别，现有生产线大都由人工检测，存在效率低、判读不准确、成本高等问题。设计在生产线中加入气缸标识三维扫描视觉判断系统，根据气缸标识打印工艺线布置，考虑各个节拍的时间周期，在标识打印完成后立刻进行标识表面的清理和标识检测与判读。通过三维成像，在三维字符识别处理后，会得到对应的计算机标准编码标识字符。控制系统会对比标准编号，判断是否正确，如果有错误，会触发相应的处理流程。
        4 .3D打印塑料材料在汽车配件设计
        中的未来发展趋势应用于汽车配件设计中的3D打印塑料材料，在未来的特性必将进一步提高，使打印成型的过程耗时更短、在成本更加低廉，并且成型后的表面效果更美观。未来3D打印塑料材料将能够实现更为复杂的汽车内部造型。随着“以人为本”的设计理念的深入发展，3D打印塑料材料的应用在未来将打破传统的汽车配件设计理念，带来更多符合消费者自身行为习惯的、个性化定制的汽车配件，通过个性化定制灵活地调整汽车功能或装饰从而满足不同用户的特殊需求。随着未来应用3D打印塑料材料进行个性化定制成本的降低，越来越多的普通大众将能够享受到个性化定制的服务。此外，在可持续发展观念的推动下，3D打印塑料材料也将朝着绿色环保方向努力。未来3D打印塑料材料无论是在材料、色彩及部件装配等方面都将日益成熟，为汽车制造业的发展带来便利。3D打印塑料材料有着强大的发展前景。
        结语
        3D检测技术有技术上的优势，精确度更高，可以得到更多的空间信息，使得测量范围更广，可用数据处理算法更多更全面。而且激光技术的采用，对日照及室内光线的变化不敏感，非接触式视觉检测，可以用于更多的工业应用场景。标准的基于网络协议的通讯连接，可以方便地对现有生产流程进行调整和优化。
        3D成像测量技术拥有更广阔的应用场景，例如汽车零件引导焊接，焊缝质检，工件表面平整度监测，涂胶工艺的引导和检测等。我们和一些汽车零配件生产厂家已经开始尝试使用3D成像技术对现有生产工艺进行改造优化，例如轮胎的模具标识自动识别、发动机气缸标识识别。这些测量结果可以反馈在控制系统中，用于调节和优化产线，减少人工干预和误差，增加自动化水平和生产效率，取得了很好的效果。
        参考文献
        [1]张洪峰.机器视觉在汽车检测行业的应用研究[J].科技创新与应用,2015(29):119-119.
        [2]金路,张大伟,梁金华.一种基于工业机器人的三维视觉检测系统[J].微型电脑应用,2017(8):36-39.