交通運輸新興技術案例集/3D 列印/直接影響
截至撰寫本文時，3D 列印已應用於多個交通運輸行業的生產流程。
車輛開發是 3D 列印普遍應用的領域之一。製造商利用該技術快速建立車輛的比例模型和零件（如通風口）的工作原型，然後對其進行測試以確保其正常執行且使用舒適。使用 3D 列印生產這些原型比傳統的組裝需要更少的費用和時間，從而簡化了整體設計流程。 [1]卡車的備件也使用 SLS 打印製作，這允許按需生產並減少了批次製造和儲存備件的需求。 [2]還生產了車身採用 FDM 列印的車輛，但目前僅限於概念車和限量生產的車輛。這些車輛使用的材料是塑膠複合材料，並用碳纖維加固。Local Motors 的 Strati 汽車和 Olli 班車是兩個例子，橡樹嶺國家實驗室還建立了 Shelby Cobra 的工作複製品。 [3]
飛機零件往往成本高昂且設計高度專業化，使其成為 3D 列印生產的理想選擇。 [4]3D 列印航空級零件價格昂貴，但比當前某些生產方法更便宜。重要的是，3D 列印有可能減輕零件重量。重量減輕意味著操作飛機所需的燃料更少，這可能意味著巨大的成本節約，因為燃料非常昂貴。如果將零件重新設計為針對 3D 列印而不是傳統制造，則可以大幅減少零件數量。許多簡單零件可以合併成一個複雜的零件，而這些零件使用傳統的加工技術（如機械加工）是無法生產的。 [5]零件減少也意味著發動機等機械部件的磨損減少，並且能夠製造更復雜的結構可以實現更高效的設計。
一些 3D 列印零件已經開發出來，但目前尚未用於商用飛機，例如空客為未來在空客 A320 上使用而設計的廚房和乘客艙之間的隔板。3D 列印的設計採用網格結構，使其具有高強度重量比，總體重量減少了 45%。 [6][7]GE 開發的一種渦槳發動機包含 30% 以上的 3D 列印零件，預計將在不久的將來安裝在其飛機上。將發動機重新設計為用於 3D 列印導致重量減少了 10%，燃料使用減少了 20%，並且使工程師能夠將 855 個零件合併為僅 12 個零件。 [8]其他 3D 列印金屬零件已經安裝在飛機上，包括髮動機部件。GE 使用 3D 打印製造發動機門支架等部件，而 CFM International 則為空客 A320neo 的發動機 3D 列印金屬燃油噴嘴，從而提高了燃油效率。 [7][9][10]存在一些挑戰，例如金屬列印面積限制和需要後處理的空洞等缺陷，這些挑戰阻止了 3D 列印技術的更大規模應用。
.jpg)
到目前為止，尚未使用 3D 列印建造任何用於機動車的橋樑或道路。但是，西班牙、荷蘭和中國已經使用該技術為公眾建造了五座以上的行人橋和腳踏車橋。 [11][12][13][14][15]這些橋樑由多種材料製成，包括塑膠和混凝土複合材料以及玻璃纖維增強塑膠等更不尋常的材料，以及混凝土和鋼等常見建築材料。 [16][17]中國上海清華大學建築學院建造的最長的一座橋由混凝土製成，長度超過 26 米（85 英尺）。 [18]可以使用多種技術來 3D 列印建造橋樑所需的大型部件，包括 6 軸工業機器人以及大型龍門架和起重機 3D 印表機。 [19]混凝土形狀可以在類似於 FDM 列印的過程中建造，而鋼可以使用工業機器人臂分層焊接在一起。 3D 列印混凝土涉及一些挑戰，因為它比塑膠等材料固化或硬化得更慢。 [20]
通常，橋樑部件具有直線，便於製造和施工。但是，3D 列印允許將彎曲形狀直接構建到部件中，並且許多這些橋面都是使用內部支撐圖案構建的，這些圖案增加了強度，但在通常情況下難以製造且成本高昂。例如，阿姆斯特丹的 MX3D 鋼橋完全由彎曲形狀組成，非常適合承受應力，格梅爾特腳踏車橋的混凝土橋面內有一個獨特的環形加固結構。 [12][21]使用生成演算法建立的設計可以遍歷多種可能性以找到具有理想強度和材料使用率的設計，並且通常會產生圓形或網狀形狀，這些形狀使用 3D 列印更容易構建。這些演算法用於設計世界上第一座對公眾開放的 3D 列印橋樑（位於西班牙馬德里），以及 MX3D 橋。 [11][22]儘管用於建立這些橋樑的列印系統可能成本高昂，但橋樑本身的生產速度更快，成本效益更高。清華大學在上海建造的橋樑的造價是傳統混凝土橋樑的 2/3，因為它不需要太多的人工，也不需要混凝土的模板或模具。 [14]
| < 未來發展 | - | - | - | 間接影響 > |
|---|
- ↑ “3D 列印正在改變汽車行業的方式”。Tech Directions 77，第 7 號（2018 年 3 月）：18-20。
- ↑ 湯普森，格雷格。“3D 列印推動汽車製造業發展”。ECN：電子元件新聞 61，第 9 號（2017 年 10 月）：10-11。
- ↑ “使用3D列印技術再造Shelby Cobra。”《機械設計》第87卷，第3期（2015年3月）：18-19。
- ↑ 特里姆布林，斯蒂芬。“新維度。”《飛行國際》第185卷，第5442期（2014年6月3日）：30-31。
- ↑ 瓦格納，斯蒂芬·M.，沃爾頓，羅伯特·O。“增材製造對航空業的影響和未來。”《生產計劃與控制》第27卷，第13期（2016年10月2日）：1124-1130。 https://doi.org/10.1080/09537287.2016.1199824.
- ↑ 蒂爾曼尼，簡。“為更輕的飛行列印部件。”《機械工程》第140卷，第12期（2018年12月）：36-37。 https://doi.org/10.1115/1.2018-DEC-5.
- ↑ a b 特里姆布林，斯蒂芬。“空中客車引領3D列印未來的探索。”《飛行國際》第190卷，第5545期（2016年7月5日）：84-87。
- ↑ 範杜森，馬修。“3D列印商用飛機發動機將於今年投入執行。”GE Reports，2017年6月19日。 https://www.ge.com/reports/mad-props-3d-printed-airplane-engine-will-run-year/.
- ↑ “增材製造部件將安裝在GEnx航空發動機上。”《焊接雜誌》第98卷，第2期（2019年2月）：16-17。
- ↑ 海默丁格，喬恩。“3D列印部件在GE發動機上獲得新的應用。”《飛行國際》，第5661期（2018年11月13日）：18-18。
- ↑ a b 瓦倫西亞，尼古拉斯。“世界上第一座3D列印橋在西班牙開通。”由馬修·瓦萊塔翻譯。ArchDaily，2017年2月7日。 http://www.archdaily.com/804596/worlds-first-3d-printed-bridge-opens-in-spain.
- ↑ a b 薩萊特，T.a.M.，艾哈邁德，Z.Y.，博斯，F.P.，拉格蘭德，H.L.M。“3D列印混凝土橋。”在《第三屆增材製造進展國際會議論文集》中。南洋理工大學，2018。 https://doi.org/10.25341/D4530C.
- ↑ “上海建機集團完成上海首座3D列印步行橋。”《全球房地產監測》，2018年12月18日。
- ↑ a b 清華大學建築學院。“世界上最大的混凝土3D列印步行橋。”清華大學新聞。訪問日期：2020年5月4日。 https://news.tsinghua.edu.cn/en/info/1002/7941.htm.
- ↑ “3D列印技術用於製造不鏽鋼橋和其他元件。”《焊接雜誌》第97卷，第9期（2018年9月）：12-15。
- ↑ 哈里迪，裡奇。“克服它：馬德里獲得了世界上第一座3D列印人行天橋。”新阿特拉斯，2017年1月31日。 https://newatlas.com/3d-printed-bridge-madrid/47650/.
- ↑ 鄭，莎拉。“中國首座3D列印人行天橋在上海開通。”《南華早報》，2019年1月13日，第 https://www.scmp.com/news/china/society/article/2181875/chinas-first-3d-printed-footbridge-opens-shanghai部分。
- ↑ 格羅斯曼，大衛。“這是世界上最長的3D列印橋——僅用18天建造。”《大眾機械》，2019年1月28日。 https://www.popularmechanics.com/technology/infrastructure/a26062389/worlds-longest-3d-printed-bridge/.
- ↑ 保羅，蘇瓦什·錢德拉，範·齊爾，吉迪恩·P.A.G.，譚明仁，吉布森，伊恩。“3D混凝土列印系統和材料效能的回顧：現狀和未來研究展望。”由R.伊恩·坎貝爾和R.伊恩·坎貝爾編輯。《快速成型雜誌》，2018年4月13日，00-00。 https://doi.org/10.1108/RPJ-09-2016-0154.
- ↑ 博斯，弗裡克，沃爾夫斯，羅布，艾哈邁德，澤山，薩萊特，西奧。“混凝土的增材製造在建築中的應用：3D混凝土列印的潛力和挑戰。”《虛擬與物理原型》第11卷，第3期（2016年7月2日）：209-225。 https://doi.org/10.1080/17452759.2016.1209867.
- ↑ 埃斯特斯，亞當·克拉克。“第一座3D列印鋼橋看起來像是從外星母艦上掉下來的。”Gizmodo。訪問日期：2020年4月28日。 https://gizmodo.com/the-first-3d-printed-steel-bridge-looks-like-it-broke-o-1824252512.
- ↑ 達菲，凱莉。“3D列印功能性鋼橋。”《產品設計與開發》第70卷，第8期（2015年10月）：16-17。