汽车内外饰件样件快速成型制造方法

抽象的： 在开发汽车内外饰件正式模具之前，为了保证零件形状和人机工程学等满足设计要求，通常需要先根据设计号模具制造快速原型样件，以验证安装后的效果。对应部分的效果。论文介绍了制造快速成型原型的几种方法和应用，详细介绍了数控机床零件、3D打印技术、硅胶和玻璃纤维模具以及反应注射成型的制造方法。通过使用快速原型制作原型来加载和检查设计，可以避免由于局部细节而导致的结构错误，可以降低开发成本，并可以缩短零件开发周期。

关键词： 汽车内外饰件；快速原型制作；3D打印技术；反应注射成型

背景分析

外饰件和内饰件是汽车的重要组成部分。汽车外饰件是指前后保险杠蒙皮、扰流板、侧裙等部件；内饰件是与车辆内部接触的部件，例如仪表板、副仪表板和门护板。

正是因为内饰件和外饰件对于汽车的外观和使用非常重要，而这些零件大多采用注塑工艺，原因是注塑工艺零件成型一致性较好，可以形成相对更复杂的形状零件生产效率高，零件价格相对便宜，缺点是正规生产的模具价格较高。

因此，为了保证实际零件能够达到设计视觉效果、人体工学要求并满足装配结构要求，需要在开发前安排快速原型（RP）原型的制造，用于车辆安装验证。正式模具，安装好的零件也能满足型号公告等预制件要求。使用快速原型制造原型检验设计解决方案可以显着加快产品上市时间、降低开发成本并缩短产品开发周期。

目前，汽车行业主流的内外饰件快速成型制造方法主要分为数控加工件、3D打印、软模（硅胶模和玻璃钢模）、反应注塑成型（Reaction Injection Molding，RIM）等。其中3D打印是近年来发展较快的方法。下面介绍这些方法的原理和应用场景。

CNC加工零件

CNC加工零件一般是指利用数控机床设备直接按照设计方案将ABS、尼龙等块状塑料体加工成所需要的形状。如果待加工零件尺寸小于300毫米且结构简单，则直接一次加工成型。如果结构形状不规则或尺寸大于300mm，一般将零件分成若干小块，分别加工，然后组装在一起，最终得到尺寸符合设计要求的零件。

这种制造快速原型零件的方法最早，加工周期相对较短，采购价格较低，主要用于结构相对简单、需求量不高的中小型零件，如立柱、副仪表板和车门等。警卫。

由于汽车内外饰件的形状原因，零件通常加工成不规则的圆形或方形，当零件尺寸大于300mm或不规则形状的结构时，如果直接使用块体塑料加工件的增加，将导致成本成倍增加。

因此，实际制造不规则形状零件时，会根据结构特点将零件分成若干个部分，然后进行粗加工得到大致形状，然后用专用粘合剂将各部分的零件粘合起来，形成整体轮廓将零件进行加工，最后组合在一起进行精加工，可有效减少因零件结构造成的材料浪费，降低零件成本。缺点是在零件背面可以看到零件的大块之间有较明显的粘接痕迹，零件粘接位置强度较差，容易开裂。

图1为CNC加工完成的快速成型样机

3D打印

3D打印技术是一种基于数字模型文件，利用粉末金属或塑料等粘合材料，通过逐层打印来构造物体的技术。3D打印技术有着广泛的应用领域，快速原型零件制造是其应用的重要方向之一。通过3D打印制造获得的原型零件周期时间较短，可以实现异形结构打印，并且可以根据实际需求调整整体尺寸精度，以​​满足不同场合的不同需求。通用3D打印可以制造与数控机床加工相同范围的零件，适用于立柱、副仪表板、门护板等零件的快速成型。

3D打印常用的塑料材料有类ABS塑料、尼龙、尼龙加玻璃纤维和透明光敏树脂等。类ABS塑料（图2）的优点是单价低、成型性能好，适合结构件强度要求不高的零件；尼龙比类ABS塑料具有良好的强度性能和更好的耐热性，但价格较高，而尼龙加玻纤是普通尼龙性能的增强版，适合强度要求较高的零件；3D打印光敏树脂，俗称UV树脂，主要由聚合物单体和预聚物组成，添加光引发剂，在一定波长的紫外光（250-300 nm）照射下会立即发生聚合反应，完成固态化。转化率、光敏树脂固化速度快、成型精度高、表面效果好、机械强度高（可与类ABS强度相比）、低气味具有固化速度快、成型精度高、表面光洁度好、机械强度高等优点（可与ABS类强度相比）、低气味、高通用性和耐储存性。

图2 3D打印的类ABS塑料零件

软模具

软模具主要是指硅胶模具和玻璃钢模具。

硅胶模具一般采用数控机床或3D打印进行设计，然后将零件进行快速车削加工制成模具。该生产工艺周期短、成本低，可采用真空注射、压力注射和低压灌注工艺进行产品生产。硅橡胶模具生产工艺适合小批量生产（100件以下），产品材料强度和产品尺寸精度要求较高，产品性能接近常规ABS塑料。

用于模具制造的硅橡胶为双组份液体硅橡胶，按橡胶成分有缩合模具和添加剂模具两大类[2]。一般来说，缩合硅胶的剪切强度较低，在模具制作过程中容易撕裂，因此适用于结构简单、钢筋较少的零件；添加有机硅的机械性能和耐热老化性能良好，适合制作相对尺寸要求较高的模具。

目前，小批量零件的硅胶模具生产已广泛应用于汽车前期开发阶段的内外饰件样品的试制中。应用最广泛的零件是汽车内饰中的门护板、立柱、门槛护板等中小型注塑结构件。

FRP（纤维增强塑料），是以玻璃纤维及其制品（玻璃布、带、毡、纱等）为增强材料，以合成树脂为基体材料的复合材料[3]，如图3所示。在玻璃钢材料上，与硅胶模具类似，玻璃钢模具采用快速车削工艺制成，通常用于结构简单的中大型装饰件，如汽车顶棚装饰件、地毯装饰件等。玻璃钢模具适用于模压成型工艺、吸塑成型工艺、发泡成型工艺生产的零件。

玻璃钢模具的一般生产流程为：零件造型→刷母模→刷凸模→刷凹模→数控加工→焊接模架→试模→局部校正→验收。通常一副玻璃钢模具的开发周期为一周左右，成本仅为正式模具的1/10，是一种周期短、成本低的原型模具。这种模具生产方式还可满足小批量产品（100~1000套）的制造需要。

反应注射成型

反应注射成型是将两种或两种以上的低粘度液体按一定比例在一定的压力和温度条件下均匀混合，然后立即注射到封闭的成型模具中，在模具中进一步反应形成塑料制品的成型工艺。反应注射成型与普通注射成型的主要区别在于，反应注射成型设备简单，模具可以很大，成型件的强度和表面质量好，也能满足小批量生产的需要，且稳定。模制件的尺寸和厚度可在 6 至 25 毫米之间变化；缺点是单一产品价格较高，无法成型复杂结构件。

与普通注塑模具相比，反应注塑模具较少应用于斜顶顶出、滑块脱扣等自动运动结构，并且对于负角和侧孔的零件无法正常生产（效率很低）。反应注射成型通常用于制造结构简单、对强度有要求的大型外饰件，如导流罩、裙板、卡车前保险杠等，目前在商用车领域应用较多。