快速成型技术在汽车车身设计与开发的方面的应用
摘要：快速成型技术利用所要制造零件的三维CAD模型数据直接生成产品原型，并可方便地修改CAD模型后重新制造产品原型。介绍了快速成型技术的原理和实现方法，讲述了叠层制造、光固定化立体成型、熔融沉积制造等快速成型制造方法。详细阐述了快速成型技术在汽车设计开发和生产制造中的应用，具体应用于零件设计原型的快速制造、发动机试验研究、快速模具的制造。指出快速成型技术是降低汽车开发成本、缩短开发周期的有效手段。
关键词：快速成型； 汽车制造；
快速成型，也叫快速制造，即Rapid Prototyping (简称RP),集成化技术，经由添加式流程，直接由CAD数据通过快速成型系统制作三维模型或部件。快速成形技术作为先进制造技术的重要组成部分，是CAD技术、数控技术、材料技术、。激光技术等多个学科领域交叉发展的制造技术的飞跃。它根据零件的三维实体，采用离散一堆积的制造思想，无须工装，能快速完成产品原型制作，从而降低产品的设计开发周期和成本。快速成型技术在国外汽车设计、制造上得到了较为广泛的应用，国内也有应用。具体可以应用到以下几个方面。
1、用于发动机试验研究
进气道是发动机十分重要的一部分，由形状十分复杂的自由曲面构成，它对提高进气效率、改善燃烧过程有十分重要的影响。在发动机的设计过程中，需要对不同的进气道方案做气道试验，传统的方法是用手工方法加工出十几个或几十个截面来描述气道木模或石膏模，再用木模的砂模铸造出气道，对气道进行吹风试验找出设计不足后，还要重新制作，费时费力，且受木模技术水平影响很大，精度难以保证。
逆向工程在汽车制造业领域，具体表现为对已有汽车零部件的参照设计，通过对实物的测量构造物体的几何模型，进而根据物体的具体功能进行改进设计、制造和质量检测。反求工程技术广泛应用于汽车、航空、模具等众多领域。德国斯图加特工程学院为了检测气缸体的冷却通道，将工业 CT 与 RP 技术集成应用到新产品开发中。首先对气缸体进行 CT 检测，得到CT 图像和点云数据，多边形化后，获得表面模型 STL 文件数据，直接驱动决速成型机制造原型。可以对水道进行任意检测，缩短了检测时间，提高了检测质量与制造水平。在车身的开发设计过程中，可以利用德国 ATos 光学三坐标测量机对车身内外表面及车身附件进行几何测量，为下一步的 CAD 建模提供数据。同普通的接触式三坐标测量机相比， AToS 光学三坐标测量机具有非接触测量、便于携带、测量速度快、测量的点云密集、对人员技术水平要求低等特点，可以大大提高工作效率，缩短车身开发设计周期。目前中国科学院沈阳自动化研究所快速成型实验室已经对商务车、轿车、微型反求工程与 NC 加工技术或 RP 技术相结合能使企业产品开发、研制周期大大缩短，为新产品进人市场创造先机，为企业带来巨大经济效益，所以逆向工程技术深受制造业的重视。
汽车车身开发的关键在于汽车覆盖件模具的设计和制造。在车型设计¬—模具设计与制造—模具调试—产品投产生产的整个周期中，模具设计与制造约占 2/3的时间，成为新车型快速上市的关键因素。一般汽车车身有数百个冲压件．冲压模具高达一千套以上，模具的开发成本大约在 2 亿美元左右。据报道，本田汽车公司由于模具开发时间滞后 3d 所带来的经济损失是 800 万美元，而丰田汽车公司滞后 18d 所带来的经济损失是5000万美元，为此美国通用汽车公司提出将整车模具开发周期缩短到 12 个月的目标。激烈竞争的市场给汽车覆盖件模具的开发提出了高效、高质量和低成本的要求。我国“十 • 五”规划也要求汽车制造企业要具有生产 18.5 万副模具的能力。如何决速开发大型覆盖件模具以满足汽车企业的研发生产能力，已经成为现在汽车企业的当务之急。比如，西安交通大学先进制造技术研究所针对某型汽车发动机盖板，采用决速模具开发手段，成功地开发出了用于新车型研发和试制的决速模具。汽车发动机罩模具的开发采用如下步骤： ① 模具型面设计； ② RP 模型制作； ③ 快速模具制造； ④ 冲压试验及模具调整。
结 论
快速成型作为一种崭新的技术，在制造业产生了深刻的影响。它用于汽车的设计开发、制造，有助于保证产品开发进度和及时进入市场，同时降低生产生产成本。它将在开发汽车新产品和产品更新换代中发挥重要作用，并产生客观的经济效益。
参考文献
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