2025年1月15日，中国台湾东海大学的研究团队通过一项研究揭示了3D打印技术在前照灯镜片生产中的优势，这项技术不仅克服了传统制造方法的局限，还为多样化产品生产提供了更高的灵活性和性能。
△研究人员采用3D打印技术生产汽车前照灯镜片
研究团队的负责人叶家宏指出，传统的制造技术常常面临成本高昂、交货时间长以及产量低等问题。本项研究选取前照灯镜片作为案例，深入探讨了3D 打印技术替代传统制造方法的潜力，并致力于为行业打造一个更快捷的产品验证流程。
△研究结果已发表在Applied Optics期刊上，题目为“利用3D打印技术取代车灯镜片的制造工艺”（传送门）
叶家宏继续说道：“3D 打印技术在光学元件生产领域具有巨大的潜力和前景。它能够迅速制造出产品设计的原型，使设计师和工程师能够快速验证设计的美学、结构和功能。此外，这项技术还能够实现复杂且创新的设计，缩短新车型开发周期，提高市场竞争力。”与叶家宏一同领导这项研究的博士生陈伟民补充说：“3D打印技术的灵活性为光学元件的生产打开了新的可能性，它能够快速响应市场变化，满足定制化和个性化的需求。随着技术的不断进步和优化，我们期待3D打印技术在未来的光学元件生产中扮演更加重要的角色。”
△前照灯透镜原型模型
现代制造业
随着光学塑料行业的发展，市场正逐步倾向于提供多样化的产品和满足定制需求。传统的大规模生产模式虽然注重一致的质量，但目前正被小批量生产和更加个性化的解决方案所取代。传统镜头模具成本高昂，要求制造商在投入生产前进行详尽的财务风险与收益评估，导致决策过程延长。
叶家宏指出：“而且，随着产品设计日益复杂化，模具设计和制造工艺也变得更加复杂，这进一步降低了生产速度。为了在快速变化的市场中保持竞争力，制造设计能力必须能够迅速适应这些需求。”在该研究中，研究团队以汽车前照灯镜头为案例，探讨了3D打印技术在生产中的应用潜力，并将它与光学元件常用的传统加工方法，包括数控（CNC）加工和逆向工程进行了对比。研究人员根据实际需求选择了适当的工艺和材料，并通过不同的生产工艺制作了测试产品，以验证3D打印技术在光学元件生产中的可行性与优势。
△研究人员直观展示3D打印前照灯镜片的透明度
工艺比较
研究人员对前照灯透镜的关键特性进行了详细测量，包括透光率、表面轮廓、曲率半径、直径、高度和表面粗糙度，以评估不同制造方法的成果。3D打印透镜展现了最小的曲率半径误差和极佳的表面粗糙度，透光率达到93%，与CNC加工样品（94%）及两种逆向工程透镜（91%和94%）的透光率相当，甚至超过了市售聚碳酸酯透镜的90%。
△前照灯镜片产品（a）3D打印，（b）CNC加工，（c）逆向工程（MU-60），（d）逆向工程（8016T）
在测试过程中，研究团队在8小时的打印周期内成功生产了14个前照灯镜头，而树脂材料成本约为30美元（约合210元人民币）。这一结果不仅证明了3D打印技术适用于制作一次性原型设计，还展示了这项技术在提高运营效率和缩短小批量、多品种生产时间方面的潜力。
叶家宏指出：“3D打印技术具备多项关键优势，例如，将多个组件整合为单一结构、降低制造成本以及简化组装流程。”总体而言，3D打印在光学应用中提高了设计的灵活性、成本效率和可持续性，随着技术的不断进步，它将成为推动行业变革的重要力量。
尽管本研究已经对前照灯透镜的多种制造工艺进行了评估，但要全面了解透镜在实际条件下的性能，仍需进一步研究。研究人员计划对特定的前照灯模块配置进行深入研究，并评估灯具温度、操作环境和结构设计等内部因素，以确保研究结果能够有效地转化为实际应用。
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