東海大學(xué)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(xué)的研究團(tuán)隊通過一項研究揭示了3D打印技術(shù)在前照燈鏡片生產(chǎn)中的優(yōu)勢,，這項技術(shù)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(shù)生產(chǎn)汽車前照燈鏡片

研究團(tuán)隊的負(fù)責(zé)人葉家宏指出,，傳統(tǒng)的制造技術(shù)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(shù)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(jié)果已發(fā)表在Applied Optics期刊上,，題目為“利用3D打印技術(shù)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(shù)在光學(xué)元件生產(chǎn)領(lǐng)域具有巨大的潛力和前景。它能夠迅速制造出產(chǎn)品設(shè)計的原型,，使設(shè)計師和工程師能夠快速驗證設(shè)計的美學(xué),、結(jié)構(gòu)和功能。此外,，這項技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜且創(chuàng)新的設(shè)計,，縮短新車型開發(fā)周期，提高市場競爭力,�,！�

與葉家宏一同領(lǐng)導(dǎo)這項研究的博士生陳偉民補(bǔ)充說：“3D打印技術(shù)的靈活性為光學(xué)元件的生產(chǎn)打開了新的可能性，它能夠快速響應(yīng)市場變化,，滿足定制化和個性化的需求,。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和優(yōu)化，我們期待3D打印技術(shù)在未來的光學(xué)元件生產(chǎn)中扮演更加重要的角色,�,！�

△前照燈透鏡原型模型

現(xiàn)代制造業(yè)

隨著光學(xué)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(zhì)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(jìn)行詳盡的財務(wù)風(fēng)險與收益評估,，導(dǎo)致決策過程延長,。

葉家宏指出：“而且，隨著產(chǎn)品設(shè)計日益復(fù)雜化,，模具設(shè)計和制造工藝也變得更加復(fù)雜,，這進(jìn)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(shè)計能力必須能夠迅速適應(yīng)這些需求,。”

在該研究中,，研究團(tuán)隊以汽車前照燈鏡頭為案例,，探討了3D打印技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用潛力，并將它與光學(xué)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(jìn)行了對比,。研究人員根據(jù)實際需求選擇了適當(dāng)?shù)墓に嚭筒牧希�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(shù)在光學(xué)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(guān)鍵特性進(jìn)行了詳細(xì)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(dá)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(dāng)，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(tuán)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(jié)果不僅證明了3D打印技術(shù)適用于制作一次性原型設(shè)計，還展示了這項技術(shù)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(shù)具備多項關(guān)鍵優(yōu)勢,，例如，將多個組件整合為單一結(jié)構(gòu),、降低制造成本以及簡化組裝流程,。”總體而言,，3D打印在光學(xué)應(yīng)用中提高了設(shè)計的靈活性,、成本效率和可持續(xù)性，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)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(jìn)行了評估，但要全面了解透鏡在實際條件下的性能,，仍需進(jìn)一步研究,。研究人員計劃對特定的前照燈模塊配置進(jìn)行深入研究，并評估燈具溫度,、操作環(huán)境和結(jié)構(gòu)設(shè)計等內(nèi)部因素,，以確保研究結(jié)果能夠有效地轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用。