对于汽车行业而言，3D打印的最新进展为更新，更坚固的设计打开了大门。更轻，更坚固，更安全的产品；缩短交货时间；并降低了成本。2015年，Wohlers年度报告指出，汽车行业占所有增材制造支出的16.1％。虽然汽车原始设备制造商（OEM）和供应商主要使用AM进行快速原型制作，但AM的技术轨迹为将来在产品创新和直接制造中的使用提供了有力的依据。
本文将概述汽车行业的3D打印。它将讨论用于车辆的零件的设计要求，以及针对常见汽车应用的当前设计建议。介绍了适用于汽车行业的一系列流行的3D打印材料，以及成功实施3D打印的几个案例研究。
3D打印的方向盘把手（XT-CF20，FDM），用于学生赛车队的代尔夫特
汽车行业的3D打印通讯
汽车工业中的设计通常始于展示汽车形式的比例模型。这些通常也经常用于空气动力学测试。SLA和材料喷射用于生成汽车设计的高细节，平滑比例的模型。准确的模型可以清晰传达设计意图，并展示概念的整体形式。
验证方式
使用3D打印进行原型制作现在在汽车行业中很普遍。从以低成本FDM快速打印的全尺寸后视镜，到高细节，全彩色仪表板，都有一种AM技术可满足各种原型制作需求。一些AM工程材料还允许对原型性能进行全面测试和验证。
预生产
3D打印最具破坏性的领域之一是生产用于注塑，热成型以及夹具和固定装置的低成本快速模具。在汽车工业中，这允许以低成本快速制造模具，然后用于生产中小批量的零件。这种验证可减轻在生产阶段投资高成本工具时的风险。
生产
由于汽车行业的生产量通常很高（每年超过100,000个零件），因此3D打印被主要用作原型解决方案，而不是用于零件制造。工业打印机尺寸，打印速度和可用材料的改进意味着3D打印在许多中型生产运行中都是可行的选择，特别是对于将生产数量限制在以下范围的高端汽车制造商而言远远少于平均水平。
客制化
当高度复杂的一次性组件的成本因车辆性能的显着提高而合理时，3D打印对竞争激烈的汽车行业产生了重大影响。可以为特定的车辆（定制的，轻巧的悬挂臂）或驾驶员（头盔或座椅）量身定制零件。3D打印还允许零件合并并优化许多定制汽车零部件的拓扑。本文结尾处的案例研究进一步强调了这一点。
重量-最终零件
与汽车工业相关的最关键方面之一是减轻组件重量。汽车应用利用先进的工程材料和复杂的几何形状来减轻重量并提高性能。3D打印能够用汽车行业中许多常见的轻质聚合物和金属生产零件。
复杂的几何-原型和最终零件
影响重量和空气动力学（进而影响车辆性能）的是零件的几何形状。汽车零件通常需要内部通道以进行共形冷却，隐藏特征，薄壁，精细网格和复杂曲面。3D打印允许制造仍然非常轻便且稳定的高度复杂的结构。它提供了高度的设计自由度，功能特征的优化和集成，以合理的单位成本制造小批量的产品以及即使在批量生产中也可以实现高度的产品定制。
温度-测试和最终零件
许多汽车应用要求显着的最小热变形。有几种增材制造工艺可提供承受温度远高于平均105和＃8451发动机舱可持续温度的材料。SLS尼龙以及一些光固化聚合物适用于高温应用。
水分测试和最终零件
汽车生产中使用的大多数组件都必须完全防潮，甚至不能防潮。增材制造的一个主要好处是所有印刷零件都可以进行后加工，以形成防水防潮的屏障。另外，许多材料就其本质而言，也适合潮湿和潮湿的环境。
零件合并-原型和最终零件
通过重新设计为单个复杂零部件，可以减少装配中的项目数量。在考虑增材制造如何减少材料使用量从而减少重量并从长远来看降低成本时，零件合并是一个重要因素。零件合并还可以减少库存，并且意味着如果需要维修，则可以用单个零件替换组件。汽车行业的另一个重要考虑因素。
波纹管
3D打印（特别是SLS）可用于制造半功能波纹管件，在组装或配合时需要一定的灵活性。通常，对于零件将承受很少的重复屈曲运动的应用，最好考虑使用这种材料/工艺。对于需要大量弯曲的项目，其他基于聚乙烯的SLS材料（例如Duraform“ Flex”）更适合。
复合风管
通过使用SLS制造非结构性小体积管道，例如用于航空航天和性能竞赛的环境控制系统（ECS）管道，您可以设计高度优化，非常复杂的单件结构。借助SLS，可以设计出可变的壁厚并通过应用结构优化的表面织带来提高强度重量比。对于传统的制造技术而言，这是一个非常昂贵的细节。对于SLS，无需付出任何复杂性的代价，可以在没有支撑的情况下以高精度打印零件。
采用SLS尼龙印刷的复杂功能管道设计
高细节视觉原型
与传统的原型制作方法不同，某些增材制造工艺能够生产多色设计，其表面光洁度可与注塑成型媲美。这些模型使设计人员可以更好地了解零件的形状和配合。这种高度精确的原型制作方法也是空气动力学测试和分析的理想选择，因为能够达到的表面光洁度通常是最终零件的代表。3D打印通常用于制造依赖美学而不是功能的汽车零部件，从而生产出从后视镜和灯罩到方向盘以及整个内部仪表板设计的所有产品。材料喷射和SLA印刷是美学原型中使用光活化树脂生产零件的两种最常用方法。
可以通3D打印生产全彩色，纹理化的视觉原型机，例如中控台
功能性安装支架
能够在一夜之间快速制造出复杂，轻巧的支架是3D打印行业的商标。不仅可以制造有机形状和设计，而且AM所需的操作员投入很少，这意味着工程师能够在很短的时间内快速将设计从计算机移植到装配中。对于传统的制造技术（如CNC加工）而言，这是不可能的，而传统的制造技术需要熟练的机器操作员来生产零件。SLS尼龙和金属印刷等粉末床融合技术最适合功能部件，并提供多种材料（从PA12尼龙到钛）
使用SLS尼龙打印的功能性交流发电机支架
案例研究1-德国学生方程式Formula Student是一项国际学生设计竞赛，由美国汽车工程师协会（SAE）于1981年在美国发起，自1998年以来一直在欧洲举行。激烈的国际竞赛在欧洲的美国赛道上进行以及亚洲，每个团队分别决定要参加的比赛。
作为汽车优化的一部分，德国学生方程式赛车着手在最短的时间内设计和制造具有高刚性的可靠，轻便的轴枢轴（转向节）。承受赛车所承受的动态载荷所需的转向节，同时还减轻了赛车的整体重量。最终的设计是一个地形复杂的单一组件，只能使用AM技术制造。对于此应用程序，DLMS最适合，因为它可以制造具有复杂几何形状的功能性金属零件。
通过优化转向节的几何形状，最终设计比原始设计轻了35％，而刚性提高了20％。3D打印技术的使用还大大减少了开发和生产时间，并提高了赛道的可靠性（从而提高了安全性）。
与以前的铝制轮架相比，该团队总共节省了1.5公斤的车辆重量，是迄今为止该队生产的最轻的车辆。
最终优化的转向节设计
案例2-Moto2摩托车赛车赢得比赛的Moto2团队TransFIORmers正在非常规的前悬架系统中使用尖端的增材制造（金属3D打印）技术，以获得显着的竞争优势。MotoGP世界锦标赛的摩托车很特别。公众不能购买它们，也不能在公共道路上使用它们。作为原型赛车，它们是量身定制的，可以超越竞争对手，并在赛道上发挥最佳性能。
在开发Moto2自行车设计中的新组件时，减轻重量是重中之重。特别地，减少自行车的“簧下质量”是关键考虑因素。未悬挂的质量越小，悬架在振动（抖动）管理以及对制动和加速的响应性方面就越好。位于法国西南部Perigueux的法国Moto2团队TransFIORmers开发了新的前悬架设计。
在竞争激烈的赛车运动世界中，新零件设计的修改速度以及重新制造所需的时间是重要的因素。快速准确的零件迭代至关重要。金属3D打印在叉骨部件中实现的重量减轻已使其能够绕过传统的重量传递现象以及与刹车驱动相关的问题。不仅如此，它还允许设计不仅更轻而且同时更坚固的零件。通过采用Moto2自行车设计的增材制造方法，TransFIORmers成功地将关键的叉骨前悬架组件的重量减轻了40％。将一件式钛零件与原始焊接钢零件进行比较，可减轻600克的重量。
最终优化的转向节设计
