3D打印新能源汽车电池外壳的创新应用与前景

一、新能源汽车市场现状与电池外壳需求

近年来，新能源汽车市场呈现出蓬勃发展的态势。根据公安部交通管理局的统计数据，截至2023年底，全国新能源汽车保有量达到2041万辆，占汽车总量的6.07%。仅在2023年，就有743万辆新能源汽车登记注册，同比显著增长38.76%。随着新能源汽车的普及，消费者对于车辆续航能力和成本的关注度也越来越高。

电池作为新能源汽车的核心部件，其性能和安全性直接影响着整车的品质。而电池外壳则起着保护电池、支撑电池系统、散热、防撞以及防底部接触等重要作用。在电池组系统里，电池外壳占据着关键地位。目前，市场上大部分新能源汽车电池外壳采用铝合金材质，但这种材质存在重量大、成本高的问题。而且铝合金的疲劳性能仅为钢的一半，弹性模量仅为钢的三分之一，在设计层面有很大的优化空间。因此，寻找一种更优的电池外壳制造技术成为了行业发展的迫切需求。

二、3D打印技术概述

3D打印技术是一种增材制造技术，它涉及运用专门的软件对三维模型实施切片分层，生成横截面数据，而后将其输入快速成型设备，采用逐层制造的方法来制造实体部件。与传统的制造技术，如注射成型和铸造相比，3D打印技术具有诸多独特的优势。

首先，3D打印能够高效地生产近乎任何几何形状的部件。它可以处置单件或小批量生产，适应复杂的几何构造，并实现密集的部件组织。其次，3D打印无需制作模具，大大缩短了生产周期。传统的电池外壳制造方式往往依赖于模具和注塑工艺，不仅需要高昂的成本和较长的生产周期，而且在面对复杂结构和定制化需求时往往力不从心。而3D打印技术打破了这一局限，无论是复杂的内部结构、精细的外观纹理，还是个性化的定制需求，都能够一一满足。此外，3D打印可以实现一次性成型，减少了生产过程中的材料浪费和人工成本，进一步降低了生产成本。

三、3D打印新能源汽车电池外壳的优势

实现轻量化设计

车辆总质量降低10%，电力消耗就会降低5.5%，续航里程则增加5.5%。因此，对于新能源汽车来说，轻量化设计至关重要。3D打印技术可以帮助实现电池外壳的轻量化。以3D Systems先进的生成式设计和拓扑优化软件为例，工程师可以设计具有有机几何形状的电池外壳。这些创新的设计几乎都通过空心或蜂窝状特征以及更少的连接部件来节省材料，同时实现相同或更好的结构完整性。在不牺牲部件质量或安全性的前提下，减轻了车辆重量并改进了重量分布，从而延长了车辆的续航里程，降低了成本。

高度定制化

不同车型对于电池外壳的尺寸、形状和结构要求各不相同。3D打印技术具有高度定制化的特点，能够根据不同车型的需求，轻松实现电池外壳的精准设计和制造。无论是复杂的内部结构设计，还是个性化的外观要求，3D打印都可以满足。这为汽车制造商提供了更多的设计自由度，能够更好地适应市场的多样化需求。

提高生产效率

传统的电池外壳制造方式需要制作模具，这不仅成本高，而且生产周期长。而3D打印无需制作模具，直接根据设计模型进行打印，大大缩短了生产周期。同时，3D打印可以实现一次性成型，减少了生产过程中的组装环节，提高了生产效率。在某些情况下，如果采用传统方式，一些单个部件需要生产多个单独部件并组装才能获得，而3D打印可以直接制造此类部件，制造商可以制造物理上更坚固的单个3D打印部件，而无需将多个部件装配或焊接在一起，从而避免了设计中存在的结构缺陷。

提升产品质量

3D打印技术可以实现高精度的制造，能够保证电池外壳的尺寸精度和表面质量。通过精确控制打印参数，可以减少制造过程中的误差，提高产品的一致性和稳定性。此外，3D打印还可以优化电池外壳的内部结构，提高其散热性能和机械性能，从而提升电池的安全性和可靠性。

四、3D打印新能源汽车电池外壳的应用案例

高能数造3D打印圆盘电池外壳

2022年9月2日，高能数造（西安）技术有限公司的3D打印全极耳圆盘电池首次公开亮相。该电池的圆形正极片、圆形负极片、圆形电池壳均为3D打印技术制造而成，电池壳采用金属不锈钢材料。这种3D打印圆盘电池具有诸多优点，如制造过程采用自主研发的SEL - 3D打印技术，革新了现在锂离子电池的涂布制片工艺，省去了涂布、烘烤、分切等传统制造流程和设备；电池尺寸、形状可定制，电池几何结构更自由；通过全极耳结构，有效降低内阻，实现高功率输出，电池倍率性能更优；大圆盘金属壳体使电池散热性更好，安全性更高等。

西安未来智造的一站式解决方案

西安未来智造3D打印公司作为业内的服务商，一直致力于3D打印技术的研发与创新。在电池仓外壳制造方面，拥有丰富的经验和深厚的技术。该公司的团队能够根据客户的需求，提供从设计到制造的一站式解决方案，确保每一个电池仓外壳都能够达到客户的要求和期望。许多企业已经开始采用该公司的3D打印技术来制造电池仓外壳，以提高生产效率和产品质量。

五、3D打印新能源汽车电池外壳面临的挑战

材料选择有限

虽然目前可3D打印的材料种类在不断增加，但对于新能源汽车电池外壳这种对性能要求较高的部件来说，合适的材料仍然相对有限。电池外壳需要具备良好的机械性能、散热性能、耐腐蚀性等。寻找满足这些性能要求且适合3D打印的材料是当前面临的一个重要挑战。此外，一些高性能材料的成本较高，也限制了其在大规模生产中的应用。

打印精度和速度有待提高

尽管3D打印技术在不断发展，但在打印精度和速度方面仍然存在一定的局限性。对于新能源汽车电池外壳这种对精度要求较高的部件，打印精度的不足可能会影响电池的装配和性能。同时，打印速度较慢也会影响生产效率，增加生产成本。如何在保证打印精度的前提下提高打印速度，是3D打印技术在电池外壳制造领域需要解决的关键问题之一。

质量控制难度大

3D打印过程涉及多个参数的控制，如打印温度、打印速度、材料挤出量等。这些参数的微小变化都可能会影响产品的质量。而且，由于3D打印是逐层制造的过程，层与层之间的结合强度和质量也需要严格控制。因此，建立完善的质量控制体系，确保每一个打印出来的电池外壳都符合质量标准，是一个具有挑战性的任务。

六、3D打印新能源汽车电池外壳的发展前景

技术不断进步推动应用拓展

随着3D打印技术的不断发展和创新，其在新能源汽车电池外壳制造领域的应用前景十分广阔。未来，3D打印技术的打印精度和速度有望得到进一步提高，能够满足大规模生产的需求。同时，新的适合3D打印的高性能材料也将不断涌现，为电池外壳的设计和制造提供更多的选择。此外，3D打印技术与其他先进技术的融合，如人工智能、大数据等，将进一步提升电池外壳的设计和制造水平。

市场需求增长促进产业发展

随着新能源汽车市场的持续增长，对于高性能、轻量化、定制化的电池外壳的需求也将不断增加。3D打印技术以其独特的优势，能够满足市场的这些需求。越来越多的汽车制造商将认识到3D打印技术在电池外壳制造中的价值，从而加大对该技术的应用和投入。这将促进3D打印新能源汽车电池外壳产业的快速发展，形成一个新的产业增长点。

标准和规范逐步完善

目前，3D打印新能源汽车电池外壳还缺乏统一的标准和规范。随着该技术的广泛应用，相关的标准和规范将逐步建立和完善。这将有助于提高产品的质量和安全性，促进产业的健康发展。同时，标准和规范的完善也将为企业提供明确的指导，降低企业的生产风险和成本。

综上所述，3D打印新能源汽车电池外壳具有诸多优势，虽然目前面临一些挑战，但随着技术的不断进步和市场需求的增长，其发展前景十分广阔。相信在不久的将来，3D打印技术将成为新能源汽车电池外壳制造的主流技术之一。