東海大學利用3D打印實現(xiàn)高精度前照燈鏡片，效率和成本優(yōu)于傳統(tǒng)制造

2025年1月15日，南極熊獲悉，中國臺灣東海大學的研究團隊通過一項研究揭示了3D打印技術在前照燈鏡片生產(chǎn)中的優(yōu)勢，這項技術不僅克服了傳統(tǒng)制造方法的局限，還為多樣化產(chǎn)品生產(chǎn)提供了更高的靈活性和性能。

△研究人員采用3D打印技術生產(chǎn)汽車前照燈鏡片

研究團隊的負責人葉家宏指出，傳統(tǒng)的制造技術常常面臨成本高昂、交貨時間長以及產(chǎn)量低等問題。本項研究選取前照燈鏡片作為案例，深入探討了3D 打印技術替代傳統(tǒng)制造方法的潛力，并致力于為行業(yè)打造一個更快捷的產(chǎn)品驗證流程。

△研究結果已發(fā)表在Applied Optics期刊上，題目為“利用3D打印技術取代車燈鏡片的制造工藝”（傳送門）

葉家宏繼續(xù)說道：“3D 打印技術在光學元件生產(chǎn)領域具有巨大的潛力和前景。它能夠迅速制造出產(chǎn)品設計的原型，使設計師和工程師能夠快速驗證設計的美學、結構和功能。此外，這項技術還能夠實現(xiàn)復雜且創(chuàng)新的設計，縮短新車型開發(fā)周期，提高市場競爭力?！?br />
與葉家宏一同領導這項研究的博士生陳偉民補充說：“3D打印技術的靈活性為光學元件的生產(chǎn)打開了新的可能性，它能夠快速響應市場變化，滿足定制化和個性化的需求。隨著技術的不斷進步和優(yōu)化，我們期待3D打印技術在未來的光學元件生產(chǎn)中扮演更加重要的角色?！?br />

△前照燈透鏡原型模型

現(xiàn)代制造業(yè)

隨著光學塑料行業(yè)的發(fā)展，市場正逐步傾向于提供多樣化的產(chǎn)品和滿足定制需求。傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)模式雖然注重一致的質量，但目前正被小批量生產(chǎn)和更加個性化的解決方案所取代。傳統(tǒng)鏡頭模具成本高昂，要求制造商在投入生產(chǎn)前進行詳盡的財務風險與收益評估，導致決策過程延長。

葉家宏指出：“而且，隨著產(chǎn)品設計日益復雜化，模具設計和制造工藝也變得更加復雜，這進一步降低了生產(chǎn)速度。為了在快速變化的市場中保持競爭力，制造設計能力必須能夠迅速適應這些需求?！?br />
在該研究中，研究團隊以汽車前照燈鏡頭為案例，探討了3D打印技術在生產(chǎn)中的應用潛力，并將它與光學元件常用的傳統(tǒng)加工方法，包括數(shù)控（CNC）加工和逆向工程進行了對比。研究人員根據(jù)實際需求選擇了適當?shù)墓に嚭筒牧?，并通過不同的生產(chǎn)工藝制作了測試產(chǎn)品，以驗證3D打印技術在光學元件生產(chǎn)中的可行性與優(yōu)勢。

△研究人員直觀展示3D打印前照燈鏡片的透明度

工藝比較

研究人員對前照燈透鏡的關鍵特性進行了詳細測量，包括透光率、表面輪廓、曲率半徑、直徑、高度和表面粗糙度，以評估不同制造方法的成果。3D打印透鏡展現(xiàn)了最小的曲率半徑誤差和極佳的表面粗糙度，透光率達到93%，與CNC加工樣品（94%）及兩種逆向工程透鏡（91%和94%）的透光率相當，甚至超過了市售聚碳酸酯透鏡的90%。

△前照燈鏡片產(chǎn)品（a）3D打印，（b）CNC加工，（c）逆向工程（MU-60），（d）逆向工程（8016T）

在測試過程中，研究團隊在8小時的打印周期內(nèi)成功生產(chǎn)了14個前照燈鏡頭，而樹脂材料成本約為30美元（約合210元人民幣）。這一結果不僅證明了3D打印技術適用于制作一次性原型設計，還展示了這項技術在提高運營效率和縮短小批量、多品種生產(chǎn)時間方面的潛力。

葉家宏指出：“3D打印技術具備多項關鍵優(yōu)勢，例如，將多個組件整合為單一結構、降低制造成本以及簡化組裝流程?！笨傮w而言，3D打印在光學應用中提高了設計的靈活性、成本效率和可持續(xù)性，隨著技術的不斷進步，它將成為推動行業(yè)變革的重要力量。

盡管本研究已經(jīng)對前照燈透鏡的多種制造工藝進行了評估，但要全面了解透鏡在實際條件下的性能，仍需進一步研究。研究人員計劃對特定的前照燈模塊配置進行深入研究，并評估燈具溫度、操作環(huán)境和結構設計等內(nèi)部因素，以確保研究結果能夠有效地轉化為實際應用。