3D打印让汽车铰链既轻量化又环保安全

汽车轻量化是未来汽车发展的一个进步标志。轻量化直接可带来很多优点，如:环保，节能减排，动力负担轻，安全，制动距离变短。车辆变轻后，万一发生碰撞可减少冲击强度。

有人觉得重量轻了不安全的话其实只是理解有误区。汽车主机厂在该刚的地方还是会刚，轻量化的同时，更多地是保障了安全性。举个栗子，像以前的房子，是砖块结构，每一堵墙都要承重。现在的房屋是框架结构，只要承重墙承重就OK了。

汽车轻量化的一个重要手段就是拓扑优化。比如一个零件，受力点就那么几个地方，通过拓扑优化，可以去掉非受力的部位。那么为什么以前没有那么做呢？因为拓扑优化后，很多零件会变成镂空结构，对制造工艺的要求太高。幸好现在3D打印引来了一个快速发展期，在汽车领域才开始展现3D打印汽车材料的实力。

近期，EDAG工程发起了一个3D打印轻量化汽车引擎盖铰链的设计与制造项目——LightHinge+ 。EDAG公司与其合作伙伴一起，通过拓扑优化设计、仿真分析、3D打印技术设计与制造了一个3D打印汽车引擎盖铰链。

汽车上比较常用的铰链为平移门用四连杆铰链、翻摆式六连杆铰链、合页式铰链、橡胶铰链等。

1.1 平移门用四连杆铰链

平移门用四连杆铰链是利用平面四杆机构的运动原理来实现舱门启闭的，其结构如图1所示。该铰链机构广泛应用于高档大中型客车的前轮、后轮中间宽大的行李舱门上。

采用四连杆铰链的平移舱门在打开以后，会上移到与车身平行的位置。使用这种结构，舱门开启度大，舱体接近性好，取放行李方便。舱门开启后占用外部空间小，并且该铰链机构中的舱门气弹簧撑杆直接作用在上连杆（拐臂）上，上、下连杆分别与舱门上的上、下骨架连接。舱门在启闭过程中整体受力均匀，舱门变形小，并且拐臂与洞口上沿有足够的空间密封，密封结构合理。该铰链不足之处是结构复杂，舱门关闭后占用舱内空间大，成本高。

1.2 翻摆式六连杆铰链

翻摆式六连杆铰链由连接车身的上转轴座1、连杆 一2、连杆二3、连杆三4、连杆四5及连接舱门的下转轴 座6 通过销轴连接方式两两相连，形成六连杆的七个转 动幅，如图2所示。舱门在打开过程中，该连杆机构通过 四个连杆和下转轴座将舱门向外、向上开启。该铰链主 要应用在大中型客车普通翻摆式舱门上。

该种铰链的机构完全能实现小空间、大开度的要求，能加大舱门开启后与车身的间隙。该铰链的不足：因有7 个转动幅，舱门打开所需要的力度大，且转动幅容易失效，使用寿命缩短；密封性方面，铰链与腰梁下沿间隙小，无法实施好的密封结构。

1.3 合页式铰链结构

合页式铰链结构如图3所示。该种铰链由固定页1、旋转页2和转轴3三部分组成。固定页通过螺栓与车身连接，旋转页通过螺栓与舱门4连接，旋转页绕转轴旋转，即可完成舱门的开启过程。因转轴中心在舱门内侧，为消除舱门在绕轴旋转时产生咬边现象，要有足够的旋转空间；且铰链无限位功能。在设计撑杆结构时，要避免因舱门角度开启过大而损伤舱门或车体漆膜；该结构密封性不好，铰链处不易打胶，水容易从胶条处流入舱内。该铰链广泛应用于城市客车的侧舱门上。

1.4橡胶铰链

橡胶铰链实质上属于合页式铰链，采用铝型材与橡胶相结合的结构，上、下铝型材起轴套、安装作用，橡胶起转轴、连接密封作用。其结构图如图4所示。橡胶铰链现在主要用于对外观要求不很严格的电气舱门上。

此种铰链是利用橡胶的弹性压缩与拉伸来满足舱门旋转的要求。橡胶铰链的优点是使舱门与门框之间无间隙，整体性好，密封防水性能好；缺点是橡胶连接件要承受舱门自重和气弹簧撑杆的作用力，以及舱门反复启闭过程中的弯曲和拉伸。因橡胶材质本身易老化、易变形、易损坏，所以长期使用会因橡胶的损坏而引起铰链失效，其可靠性差，特别不适宜在宽大的舱门上使用。

以下多花点文字介绍下单轴铰链在客车上的应用

单轴铰链结构由铝固定件1、镀锌铁连接件2和尼龙轴套3组成。

单轴铰链安装时，将铝固定件焊接在铝门板上，铁固定件通过螺栓与车身连接在一起。铁连接件通过尼龙套与铝固定件同轴相连，铝固定件绕铁固定件同轴转动即可完成舱门的启闭。单轴铰链结构基本上能克服以上铰链的所有不足，具备以下优点：

（1）开启力小。单轴铰链只有一个运动幅，打开舱门所需用的力量较小，撑起舱门所用气撑杆的力量较之连杆相比，减少50%左右。

（2）防腐蚀性强。铁固定件通过尼龙套与铝件相连，且三个件均为模具成型件，外观质量好，摩擦力小。随着舱门使用年限的增加，铰链失效的可能性很小，使用寿命长，减少了车辆的售后工作。

（3）密封性好。采用“上疏、下堵”的结构，当大量的雨水涌向舱门上沿的时候，安装铰链用的型材设计有导水槽，水便通过型材导水槽流出舱外，少量流不出的雨水被下密封胶条挡在舱门外，起到了很好的密封作用。

（4）安装工艺简单。安装铰链用的型材开有螺栓固定槽，且螺栓可以前、后滑动。安装时，将舱门上焊接的铝固定件通过尼龙套与铁固定件同轴相连，不用螺栓连接，铁固定件与车身连接时，只拧紧螺栓即可，不用套丝，能大大减少工人的劳动量。

单轴铰链存在的不足：舱门开启角度受舱门上蒙皮结构的影响。为了加大舱门的开启角度，该铰链一般与45°侧蒙皮配合使用。

我们相信，3D打印材料制作的铰链在保持了给定的刚度和强度的情况下，重量能减轻了50%。这使得汽车更加安全和更加节能环保。

来源：果真美