在汽车产业链加速重构的当下,“汽车行业3D打印”已经不再是概念层面的热词,而是实实在在进入研发中心和生产车间的关键技术之一。尤其是以FDM熔融沉积成型为代表的塑料3D打印,在轻量化设计、快速验证、小批量定制零部件等环节中正发挥越来越重要的作用。很多主机厂和零部件企业,正在把3D打印从“实验室玩具”升级为“标准化工具”,这其中,高性能材料与工业级设备的结合尤为关键。
远铸智能 INTAMSYS作为专注工业级FDM 3D打印的厂商,长期深耕高性能塑料成型,在汽车行业的应用实践中积累了不少经验。下面,从应用场景、材料选择、工艺优势和案例分析等几个方面,系统梳理汽车行业3D打印正在发生的改变。
一、从样件到工装:汽车3D打印的应用正在“走向生产”
过去提到“汽车行业3D打印”,很多人第一反应是外观样件和概念模型。如今,随着设备精度和材料性能的提升,3D打印在汽车领域已经渗透到更多环节:
研发阶段的快速原型:车灯支架、中控结构件、管路卡扣等传统需要几周才能拿到CNC样件的零件,现在可以通过FDM 3D打印在一两天内完成验证。工程师可以快速迭代几轮方案,提前暴露装配干涉、线束走向等问题,缩短整车项目周期。
功能性验证部件:利用高性能塑料材料,可以打印接近甚至达到最终使用状态的功能件,用于结构强度、耐热、耐化学测试。例如发动机舱周边的支架、风道样件,在高温环境下通过实车或台架实验验证设计可靠性。
生产现场工装夹具:夹具、定位块、治具、检具等是生产线的刚性需求。以往这些工装多采用金属加工,周期长、成本高、改型困难。现在越来越多工厂使用3D打印的高强度塑料工装,既能满足使用寿命,又便于在产品变更时快速调整结构。
个性化和小批量零部件:在售后及改装领域,一些小批量装饰件、导流罩、内饰功能附件等,通过3D打印可实现灵活生产,避免开模带来的高投入。对于年款尾期车型的小批量维修件,这种方式尤为经济。
这些场景的共同特征是:节省开发时间、降低单件成本、缩短供应链,这也是汽车行业重视3D打印的根本原因。
二、高性能塑料材料:支撑汽车“真工况”的关键
要让3D打印件进入汽车“真实工况”,仅靠外形相似远远不够,材料性能才是核心。汽车行业对耐温、强度、耐疲劳、耐化学腐蚀都有较高要求,普通PLA或低端材料往往无法胜任。
在这一点上,高性能FDM材料发挥了决定性作用:
PEEK / PEEK-CF / PEEK-GF / PEKK / PEI 1010 / PEI 9085 / PPSU / PPS / PPS-GF
这类高性能塑料具备优异的耐高温、耐化学、阻燃和机械强度性能,适合用于发动机舱、变速箱周边、制动系统附近等高温区域的功能件和工装部件。例如,用PEEK-CF打印的支架,可在高温高负载环境下保持刚性和尺寸稳定性。
工程材料PC类 / PA6、PA12(尼龙)系列 / PPA系列 / ABS系列
这些材料在综合性能和成本之间取得平衡,广泛用于车身结构件、内饰安装件、卡扣、风道样件等。尼龙类材料具备良好的耐冲击和韧性,适合需要反复拆装、承受振动的部件。
柔性材料TPU95A
使用TPU95A可以打印具有弹性的防护套、密封圈样件、线束保护件等,为减振、防护类零件提供快速验证手段。
PLA及多种支撑材料
对于外观模型或装配验证模型,可以采用PLA这类基础材料快速输出,同时搭配HIPS、PVA以及SP5000、SP5010、SP5040、SP5080、SP3050、SP3030等多种支撑材料,实现复杂结构的一体成型与易拆卸支撑。
需要特别强调的是,远铸智能 INTAMSYS专注于非金属、非透明材料的FDM打印,不涉及金属打印,也不提供透明件成型方案,这反而让其在高性能塑料领域更深度投入,在工艺控制、腔体温度管理和材料适配方面形成了优势。
三、FDM工艺在汽车行业的独特优势
在众多3D打印技术中,FDM熔融沉积成型凭借材料体系成熟、设备维护成本可控,在汽车行业获得了广泛应用。对于工业级、大尺寸、高性能、超高速的FDM设备而言,其优势主要体现在:
成型尺寸大,适配汽车零件体量
汽车部件普遍尺寸较大,工业级FDM设备能够一次打印中大型零件,如仪表台骨架样件、大尺寸风道壳体、保险杠局部结构件等,减少拼接和装配误差。
腔体高温控制,保障高性能材料成型质量
PEEK、PEI、PPSU等材料对腔体温度和挤出系统稳定性要求极高。工业级FDM设备通过高温热管理和结构优化,确保零件层间粘结更好,减少翘曲和开裂,提升力学性能。
超高速打印提升开发节奏
在保证精度和质量的前提下,提升打印速度可以显著缩短迭代周期。对于需要多轮优化的结构件,一夜一版的节奏已经在不少车企成为常态。
维护方便,长期运行成本可控
相比一些复杂成型工艺,FDM设备结构相对清晰,维护成本和耗材成本更易管理,这对于需要在多条产线部署的汽车客户来说尤为重要。
四、案例:发动机舱工装与内饰结构优化
为了更直观地理解“汽车行业3D打印”的价值,可以看两个典型应用场景:
发动机舱线束装配工装
某整车厂在新车型项目中,需要为发动机舱线束布置设计一套装配工装。传统金属工装制作周期超过4周,一旦线路调整,工装要整体返工,时间和成本压力巨大。
采用远铸智能 INTAMSYS工业级FDM设备后,工程团队使用PPS-GF材料打印工装主体,结合HIPS支撑材料实现复杂曲面结构。结果是:
首版工装从设计到落地仅用约5天;
线束布置方案调整后,只需修改局部结构并重新打印,对生产节奏影响极小;
工装重量明显下降,操作人员使用更加轻便安全。
内饰模块结构件轻量化验证
一家汽车零部件企业在做中控下部模块结构优化,需要在保证刚度的前提下减重。工程团队采用拓扑优化设计出复杂的格栅结构,并通过高性能尼龙材料打印验证件。
得益于FDM工艺对复杂内腔的良好支撑策略,结合PVA类水溶支撑,成功打印出复杂结构样件。工程师通过试装和路试数据,确认在满足NVH和强度的前提下实现了明显减重,后续再将优化结果转化为量产工艺,大大降低了“试错成本”。
五、为什么越来越多汽车企业选择工业级FDM 3D打印
综合上述应用不难发现,汽车行业选择工业级FDM 3D打印的原因,并不仅仅是“打印出来一个样子”,而是在真正解决以下问题:
缩短项目周期:从概念验证到工程样件,从工装开发到小批量试制,3D打印将传统几周甚至几个月的周期压缩到几天,提升新品上市速度。
降低综合成本:虽然单件材料成本不一定低,但考虑开模费用、库存占用、返工风险等因素,整体项目成本往往更有优势。
提升设计自由度:工程师可以更大胆地尝试复杂结构和轻量化方案,不再被传统加工方式过度“束缚”。
增强供应链韧性:对于跨区域布局的车企和零部件厂商,在各地部署工业级FDM 3D打印设备,可在供应紧张或紧急订单时实现“就近打印,就地交付”。
当“汽车行业3D打印”从试验室走向工程部门和生产现场,真正能落地的,往往是那些在设备性能、材料体系和工艺经验上深耕多年的工业级玩家。通过与车企的深入合作,像远铸智能 INTAMSYS这样的厂商,也在不断推动FDM 3D打印在汽车行业的应用边界,从更耐用的工装夹具到更高性能的功能部件,为汽车产业的创新提供更坚实的数字制造能力。
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