選礦機(jī)械實(shí)體模型3D打印的應(yīng)用前景

王新文 宮三朋 林冬冬 蔡昊 馬丹

【摘要】3D打印是一種快速成形技術(shù)，目前已有學(xué)者嘗試將其運(yùn)用于醫(yī)學(xué)、航空以及地理等學(xué)科領(lǐng)域中，并取得一定成果。本文通過(guò)分析3D打印技術(shù)的基本原理以及運(yùn)用3D打印技術(shù)打印出選礦機(jī)械模型，提出選礦機(jī)械3D打印模型在選礦機(jī)械課程教學(xué)中的優(yōu)點(diǎn)以及其在國(guó)內(nèi)外設(shè)備展覽中所具有的優(yōu)勢(shì)。本研究表明選礦機(jī)械實(shí)體模型的3D打印具有廣闊的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】3D打印、選礦機(jī)械模型、應(yīng)用前景

前言

我國(guó)大學(xué)礦物加工專業(yè)大約有30多所，選礦機(jī)械是該專業(yè)主要專業(yè)課，總體看來(lái)，多數(shù)礦物加工機(jī)械的課堂教學(xué)仍然延續(xù)過(guò)去的平面圖的教學(xué)方式，學(xué)生聽(tīng)起來(lái)模糊，似懂非懂現(xiàn)象十分普遍，可見(jiàn)，選礦機(jī)械的實(shí)體模型教學(xué)非常必要[1]。另外，我國(guó)有選礦機(jī)械設(shè)計(jì)、研發(fā)和制造單位有千余家，每年全國(guó)甚至是世界各地都舉辦各種各樣的國(guó)際國(guó)內(nèi)設(shè)備展覽會(huì)，大型設(shè)備的展覽占地大、運(yùn)輸成本高；在國(guó)外設(shè)備展覽大都采用實(shí)體模型參展，可大大節(jié)約成本。因此，通過(guò)將3D打印技術(shù)運(yùn)用于選礦機(jī)械的制造中，打印出選礦機(jī)械模型在選礦機(jī)械教學(xué)和設(shè)備展覽中都具有不錯(cuò)的應(yīng)用前景。

1、3D打印原理和技術(shù)

3D打印技術(shù)是利用紙層疊技術(shù)的快速成型裝置，通過(guò)電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來(lái)，最終把計(jì)算機(jī)上的模型圖通過(guò)打印機(jī)變成實(shí)物[2]。3D打印的主要技術(shù)包括：SLA立體光刻造型技術(shù)、FDM熔融沉積成型技術(shù)、3DP三維粉末粘接技術(shù)、SLS選擇性激光燒結(jié)技術(shù)、LOM薄片材料疊加技術(shù)五種該技術(shù)，其在醫(yī)療、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的先期實(shí)體模型已得到成功應(yīng)用，并且其應(yīng)用領(lǐng)域正在快速拓寬[3-4]。

2、選礦機(jī)械實(shí)體模型的3D打印

為了更深入了解3D打印的工作原理，以及其與傳統(tǒng)生產(chǎn)制造的區(qū)別，本文以活化振動(dòng)給料機(jī)為例，講述3D打印技術(shù)在選礦機(jī)械實(shí)體模型制作中的應(yīng)用以及其優(yōu)點(diǎn)。

（1）運(yùn)用三維繪圖軟件完成活化振動(dòng)給料機(jī)模型的制作，如圖1所示，支持三維繪圖軟件有很多，如：CATIA、UG、SolidWorks、Auto-CAD等軟件，本文采用SolidWorks軟件。

（2）將文件保存為STL格式，然后導(dǎo)入到打印機(jī)專用的Cura軟件中，然后根據(jù)要求設(shè)置相關(guān)參數(shù)，如圖2所示。

（3）切片軟件中的文件修改好參數(shù)后生成Gcode代碼，將其導(dǎo)入到3D打印機(jī)中完成打印，如圖3所示。

（4）對(duì)3D打印后的模型去支撐架、修復(fù)、組裝，最后完成成品，如圖4所示。

3、選礦機(jī)械實(shí)體模型3D打印的應(yīng)用

3.1在選礦機(jī)械教學(xué)中的應(yīng)用

經(jīng)調(diào)查，我國(guó)絕大多數(shù)高校選礦機(jī)械的課堂教學(xué)仍采用傳統(tǒng)的平面圖教授方式，即教師以課堂授課的方式講述一些選礦機(jī)械的用途、理論、原理等。這種傳統(tǒng)的機(jī)械專業(yè)教學(xué)模式存在形式單一等問(wèn)題，特別是選礦機(jī)械圖的教學(xué)中，對(duì)于一些較復(fù)雜的零件組合圖形，抽象的二維投影視圖對(duì)學(xué)生的空間想象能力提出了較高的要求，給機(jī)械制圖的教學(xué)帶來(lái)了較大的難題。將選礦機(jī)械實(shí)體模型的3D打印運(yùn)用與選礦機(jī)械教學(xué)中，可以將抽象的圖形模型化，把機(jī)械設(shè)備帶入到課堂，使得課堂情景化，學(xué)生可以一目了然，節(jié)省了腦海里從平面圖到立體建模的非常耗時(shí)的過(guò)程，不僅極大提高了教學(xué)效率，而且?guī)熒涣鳒?zhǔn)確順暢，深受廣大師生的好評(píng)[5-6]。

3.2在設(shè)備展覽中的應(yīng)用

我國(guó)有選礦機(jī)械設(shè)計(jì)、研發(fā)和制造單位有千余家，每年全國(guó)甚至是世界各地都舉辦各種各樣的國(guó)際國(guó)內(nèi)設(shè)備展覽會(huì)，全國(guó)各地的生產(chǎn)廠家把各自的產(chǎn)品運(yùn)送到展覽館，在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中耗費(fèi)了大量的人力、物力和財(cái)力，使得運(yùn)輸成本很高，當(dāng)大型設(shè)備的在展覽館中展示時(shí)候，由于其體積龐大，占地面積大，在有限的展覽館的空間中只能展示有限的設(shè)備。將3D打印的選礦機(jī)械模型運(yùn)用與礦山設(shè)備的展覽中，可以節(jié)省在運(yùn)輸過(guò)程中人力、物力和財(cái)力的消耗，同時(shí)，通過(guò)在走廊兩側(cè)用陳列模型和墻壁平面宣傳相結(jié)合的模式，可以取代過(guò)去單一的文字平面媒體，并且展示更多的設(shè)備，使得企業(yè)在參加展覽會(huì)的時(shí)候在達(dá)到預(yù)期效果的同時(shí)為企業(yè)省錢、省力、省時(shí)。

4、結(jié)論

3D打印技術(shù)是一種新型的技術(shù)，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)運(yùn)用廣泛的運(yùn)用于多個(gè)領(lǐng)域，本文通過(guò)闡述3D打印的基本原理及其技術(shù)，并將其應(yīng)用于選礦機(jī)械，打印出選礦機(jī)械模型，以及分析了選礦機(jī)械模型的3D打印在選礦機(jī)械課程中和礦山設(shè)備展覽中的應(yīng)用效果，從中可以看出選礦機(jī)械模型的3D打印具有廣闊的運(yùn)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]楊三艷.淺談3D打印技術(shù)在機(jī)械類課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].職業(yè)教育研究，2014，（10）：166-168.

[2]王博.淺談3D打印技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].機(jī)電技術(shù)，2014，（5）：158-160.

[3]黃烽堅(jiān)3D打印技術(shù)應(yīng)用前景展望與分析[J].2014，2（21）：53-55.

[4]王聰聰3D打印技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展前景[J].2014（4）：23-28.

[5]付昱，篙麗萍.3D打印技術(shù)及其對(duì)機(jī)械教學(xué)的啟迪[J].內(nèi)蒙古電大學(xué)刊，2015，（1）：101-110.

[6]潘愛(ài)瓊，張輝.淺談3D打印技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2015，（14）：58-60.

作者簡(jiǎn)介

王新文（1961-），男，河北唐山人，教授，博士生導(dǎo)師，博士（博士后），主要研究方向：選煤機(jī)械設(shè)計(jì)與研制。