长安大学 赵涛 刘建华（通信作者）

1.1 3D打印技术的种类

目前主流的3D打印技术根据选用的材料和成型工艺的不同，可以分成熔融沉积技术（FDM）、液态光敏树脂选择性固化技术（SLA）、粉末材料选择性烧结技术（SLS）等几种类型。熔融沉积技术成本低，不产生有毒物质，但加工精度较低，零件较为粗糙。液态光敏树脂选择性固化适合加工结构复杂且体积小、造型精细的产品，其形成过程在自动化的环境中进行，表面处理精度高、尺寸误差小[1]。粉末材料选择性烧结技术可以使用的材料更加广泛，金属与陶瓷都能成为打印材料，其成型的时间短、精度高，在产品设计领域运用较广[2]。

1.2 3D打印技术的优势

相较于传统制造技术，3D打印技术的最大优势是能对错误进行快速修改、降低开发成本、提高生产效率[2]。现有的3D技术完全可以满足生产零件的强度与精度。这种增材制造技术通过三维CAD设计数据，将复杂零件三维复杂的不规则曲面、镂空异形结构，转化为简单的平面结构进行成型，突破了传统加工技术的壁垒，也为产品创新设计提供了新的思路。相比于传统制造需要对单个零件进行加工，3D打印技术可一次成型，无论其复杂程度都能一体成型，同时满足密封性要求。其次研发的成本对比传统制造的成本下降了95%，研发的周期也要比传统制造周期短。

2.1 外卖配送车的种类

外卖所用电动车主要划分为纯电动两轮车、纯电动汽车两大类。目前市面上主流的外卖配送方式为纯电动两轮车配送，以及少部分非法改装的电动两轮车。此类电动两轮车的规格如下，价格区间为1500—5500元，所能承载人数为1到2人。整车重量限重以电动自行车车体（不含电池组）重量不超过40 kg为标准，或者包含电池组的重量为50—60公斤。最高时速不大于50 km/h。整车材质为塑料与金属材料，由这些材料所构建的电动车质量轻、体积小，较为轻便快捷[3]。但是这些车没有坚固的框架材料保护。在外卖员进行配送的过程中，一旦发生交通事故，此类电动两轮车所能提供的防护不足，安全系数较低，无法为外卖员提供有效的保护。此外，这些车普遍具有较为开放的驾驶空间，因此在进行外卖配送时，在与人群较为密切地接触外卖配送员和外卖下被污染的可能性较大。且这些纯电动两轮车防风、防水、防尘性能较差，易受到恶劣天气的影响，也可能会造成外卖送到顾客手上已经变冷及口感变差等情况。

2.2 外卖配送车主要部件的功能

车身框架分为两种，即金属框架与非金属框架。并对两种框架所能提供的作用与具体属性进行分析。

纯电动两轮车普遍使用非金属框架，框架强度较低、质量轻，具备一定的防护功能，如防碰撞、保护内部元器件、防水等。轻便的车体灵活度较高，因此很多外卖员选择这一类车穿梭于城市的大街小巷，若这类车发生事故，非金属材质框架无法提供足够的防护。

关于轮胎方面，对纯电动两轮车与纯电动汽车进行综合考虑。由于轮胎市场相关法律法规的不完善性，以及巨大的市场需求，各类生产厂家纷纷涌入市场。受到不同厂家工艺流程、生产设备，以及制作人员操作等多种因素的影响，轮胎生产的质量得不到管制，因此其各种属性也无法得到保证[3]。除生产因素影响之外，日常使用所产生的磨损也是损害轮胎的主要原因。电动类车辆与传统燃油车辆在动力系统上的不同也会导致汽车在启动过程中对轮胎的磨损程度有所差异。

纯电动两轮车的驾驶舱为半开放式驾驶舱，操作视野广，操作难度低，一般情况下不配备挡风设施或周边防护设施，但某些外卖员私自进行改装，在原有基础上添加了塑料蒙皮。虽然可对沙尘、雨水等进行一定的防护，但会增大行进过程中的风阻，破坏电动两轮车的整体平衡，无形中增大了交通事故发生的概率[4]。

市面上电动汽车的驾驶舱为封闭式空间，外卖员在进行驾驶时可根据自己的需要进行座椅倾斜角度调整，正下方配备安全气囊，发生交通问题时可对外卖员进行有效的保护。挡风部分为车窗，其材质主要为夹层玻璃或钢化玻璃，前者将塑料的强韧性和玻璃的坚硬性结合在一起，增加了玻璃的抗破碎能力。后者是指在受到冲击破碎时，玻璃会分裂成带钝边的小碎块，对乘员不易造成伤害。

3.1 使造型更美观

3D打印技术还能赋予了产品独特的艺术风格[5]，可结合所设计产品的外观特点，按照其基层质量均匀的要求，通过逐层堆积及纹路打印，对产品独特的艺术风格进行充分展现，给人们带来视觉上的冲击及精神上的愉悦。将3D打印技术与外卖配送行业相结合，不仅可以提高打印产品的装饰性能，还可以为产品赋予独特的造型美感，使造型更具美观性。

3.2 提高设计精度

在进行市场调研后需要进行相应草图及效果图的绘制，传统的产品设计需要进行手板的绘制来进一步验证产品的不足与缺陷，并针对相应的缺陷进行改进，直到达到某一标准。但这一烦琐的过程需要耗费大量的时间和精力，制作的过程相对而言比较复杂，除此之外还需要考虑在进行纠错的过程中出现较大的精度误差。3D打印技术则没有这一弊端，在产品的设计过程中可直接在模型上进行修改，提高设计精度，提升生产效率[6]。

图 1 意象采集

图 2 前舱盖打开示意图

图 3 轮胎创新设计

图 4 外卖驿站草图

图 5 外卖配送车最终设计

图 6 外卖驿站示意图

3.3 可实现一体化成型

利用3D打印技术对电动汽车的框架进行设计，可实现一体化成形[7]。这种技术不需要依靠模具，缝隙出现的可能性较小，相比于传统技术的模块化制造再组装，密封性有着显著性提升。在3D打印技术的支持下可实现大批量的标准化制造，以快速填补市场空白，服务于目标用户。

4.1 框架设计

在3D打印技术大力发展的背景下，赋予电动汽车以外卖配送的职能，从而对外卖车进行框架设计时应满足如下功能：赋予外卖员舒适方便的驾驶体验，满足交通事故发生时对外卖员的保护，满足高强度的健康安全防护要求。因此，在选择3D打印车身框架及相关辅助设计时，应首先满足安全性能，最终所呈现出的框架应具有较强的刚度与抗拉强度。在交通安全发生时，对外卖员的保护应该从两个方面来实现，满足整车的轻量化设计（主要是车身框架）与足够强度的驾驶舱设计。

4.2 材料设计

在车身框架材料的选择上考虑轻便且具有足够强度的材料，如铝镁合金，镁合金的延展性较强，抗拉强度与抗疲劳强度比较出色，铝合金的吸能性较好，在发生碰撞时能有效保护外卖员的安全，而且同等体积的质量比钢材小很多。镁是比铝质量更轻的金属材料，镁合金具有质量轻、易加工、强度较高等优点，适用于外卖车的框架制造。

此外，部分非金属材料如碳纤维等材料也可用于3D打印，其轴向强度和模量高，密度低、比性能高，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好。因此，在驾驶舱设计时可考虑应用碳纤维，由碳纤维制造的单碳纤维座舱重量更轻、刚性更强。使用这种驾驶舱可以大大减轻外卖车的自重，大大提高车身的刚性，在发生严重碰撞事故时，可以保护驾驶员防止其受伤，并且这种材料在赛车领域有着广泛的应用。在进行外卖车驾驶舱设计的同时应考虑人体尺寸，在设计驾驶舱时纳入人机工程学理论，期盼能够通过应用人机工程学进行外卖车驾驶舱设计，以改善驾驶的舒适性[8]。

4.3 轮胎设计

对轮胎进行设计时应最小化滚动阻力，通过对轮胎进行再设计以维持电池使用寿命，最大限度地提高汽车续航里程，并减少对环境的影响。轻量化轮胎技术，通过3D打印技术在整个制造过程中减少原材料的使用，从而减轻轮胎质量，同时通过创新胎面花纹、更大的轮胎直径、高充气压力和纤薄设计降低轮胎滚动阻力[9]。极低的轮胎滚动阻力代表着在电池的搭配上有着更多的选择。通过搭载轻量化电池，可帮助车辆进一步延长续航里程，减小汽车自身的质量。

4.4 配送餐盒设计

在进行外卖配送餐盒设计的同时应结合3D打印技术进行具体分析。配送过程外卖包装毒性分解危害人体健康，塑料包装污染环境，温度流失口感差，这些都是需要解决的问题。进行设计时可将配送餐盒纳入车体内部，同时预留出可容纳外卖餐盒的空位，再进行外卖配送将外卖餐盒放入其中，到达地点后取出外卖。

针对市面上流行的塑料包装盒和一次性发泡包装盒会污染环境及对人体健康存在潜在威胁的情况，可利用3D打印技术进行制式设计，即批量化生产塑料餐盒，配备相应的回收体系，通过外卖盒的回收给予顾客额外的折扣[10]。

5.1 设计定位

进行相关调研后可发现本产品的主要用户为外卖员，在进行优化设计时需要考虑用户人群的使用特征，需要具备一定的电动汽车操作能力，对城市街道有一定的了解，熟悉电动汽车的续航性能及所需的维修养护等。

5.2 设计思路

首先，在进行设计前需明确设计思路：整车质量轻，车身满足刚度及强度的需求，能为外卖员提供较安全的驾驶操作空间，保证所配送的外卖的温度与口感。即以3D打印材料进行制造时应满足安全性（车身）、保温性（外卖餐盒）。其次，在满足设计要求的同时尽可能赋予其基于3D打印技术的美学特征。此外，该车需与外卖餐盒进行配合以实现外卖配送模式的升级。

5.2.1 造型风格设计

根据上述目标，在设计前需进行意象采集工作，从意象图中进行相关思维灵感的获取。再进行总结提炼以获取目标需求，进而明确总体造型的特点，如图1所示。意象中的图案为与蜂巢类似的网格化图案，并由此对整体造型风格进行命名D—F—Grid，意义为设计流畅的形体，并带有栅格化、网格化的特点。

5.2.3 驾驶舱设计

设计时考虑到外卖员需要安全、封闭的操作空间，因此驾驶舱采用一体化成形，不设立车门与车窗，在外卖员需要进入时，前半段驾驶舱自动打开，待外卖员进入后驾驶舱关闭。在内饰方面则以驾驶舱设计为主，结合人机工程学，驾驶座椅整体采用环绕式设计，合理的按键布局能有效降低外卖员操作失误的可能性。在车身外部可进行图案的绘制并进行自由的绘制，以体现不同企业的企业文化。图2为外卖车前舱盖打开示意图，外卖员在送到指定地点后再下车，此时驾驶舱闭合，待外卖员将外卖放入指定部分后，驾驶舱打开，外卖员进入车辆。

5.2.4 轮胎设计

在轮胎的设计上，通过创新胎面花纹、增大轮胎直径、增大轮胎内部的充气压力及降低轮胎的厚度，以纤薄设计的方式降低轮胎滚动阻力，进而更好地降低轮胎磨损度，延长轮胎使用寿命的同时提升配送效率，文章给出了三种设计方案。至于具体选择，可根据用户所需采取适配选项，如图3所示。

5.2.5 外卖驿站设计

图4为外卖驿站草图，外卖员于A侧放入餐盒，此时外卖餐盒沿内部消毒通道缓慢移动，消毒完毕后到达B侧，等待被领取。该外卖驿站可作为中介对外卖进行安全存放，也可作为显眼的标志便于消费者发现外卖[11]。

5.3 设计呈现

经过相关分析，文章选择对A方案进行完善，第二版以A为主体进行多元化设计。明确外卖车的尺寸，整车的高度为160 cm，长200 cm，最大宽度为120 cm，轴距为160 cm。对外卖车的后半段储存仓进行类蜂巢式设计，后半段车身的一个个小凹槽即为储存仓，可容纳外卖盒，并满足外卖餐盒的多种需求。该车的前挡风玻璃采用大面积夹层钢化玻璃，为外卖员提供良好的视野，不易发生交通事故，若发生交通事故，在受到冲击破碎时，玻璃会分裂成带钝边的小碎块，飞溅的玻璃碎片也不会对乘员造成过大的伤害。后部分车体与外卖餐盒的材料均为pp塑料，比较环保，易降解、无毒。在产生出的四个衍生品A1—A4中选择A1为最终版，如图5所示。

如图6，为外卖驿站示意图，该驿站可对外卖进行临时存放，其配备的隔热材料与内部保温灯可最大程度上维持食物的恒温，在进行配送的途中给予食物最佳的口感。

文章通过对现有的外卖配送车的种类及优缺点进行分析，以3D打印技术为支撑，对外卖车实现升级。文章旨在实现外卖配送车的再设计，提高配送效率的同时实现规范化、安全化。通过3D打印技术对外卖餐盒进行升级完善，使之满足上述要求。确定设计方向与设计理念之后，从诸多设计方案中挑选出最适合的方案，并对该方案进行优化设计，经过不断地完善与修改最终得到结果。

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