3D打印對機(jī)械制造及自動化的影響研究

張 鳳

（金肯職業(yè)技術(shù)學(xué)院,南京 211156）

近年來，由于世界金融市場越來越凸顯出不穩(wěn)定的局面，因此，目前，大多數(shù)國家已經(jīng)開始加強(qiáng)重視制造業(yè)發(fā)展在促進(jìn)國家社會發(fā)展中所發(fā)揮的重要作用，并且構(gòu)建出了興建機(jī)械制造和自動化產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略規(guī)劃。并且將3D打印作為了重要發(fā)展項(xiàng)目?；诖?，3D打印逐漸成為了機(jī)械制造和自動化行業(yè)的熱點(diǎn)話題。3D打印是制造業(yè)進(jìn)行技術(shù)改革的前身，屬于一種能夠在最短的時(shí)間內(nèi)形成模型的技術(shù)，可以減少產(chǎn)品生產(chǎn)加工的時(shí)間，從而不僅可以確保機(jī)械和自動化技術(shù)更加便捷，而且還大大地提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 機(jī)械制造和自動化的簡介

機(jī)械制造及其自動化是一門研究機(jī)械制造理論、制造技術(shù)、自動化制造系統(tǒng)以及先進(jìn)制造模式的學(xué)科。此學(xué)科融合了各個(gè)相關(guān)學(xué)科的最新發(fā)展，從而使制造技術(shù)、制造系統(tǒng)以及制造模式的全新面貌展現(xiàn)了出來。機(jī)械制造及其自動化的目標(biāo)十分明確，就是利用計(jì)算機(jī)把機(jī)械設(shè)備同自動化相結(jié)合，并形成了一系列的新型制造技術(shù)，最后形成大型的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，從而使傳統(tǒng)的機(jī)械加工實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。

在機(jī)械制造的整個(gè)生產(chǎn)過程中，現(xiàn)如今的機(jī)械制造行業(yè)開始同各種形式的新型技術(shù)相結(jié)合，它是一項(xiàng)系統(tǒng)化的加工工程，所應(yīng)用的新型技術(shù)主要有機(jī)械制造、計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代傳感、智能化生產(chǎn)與信息技術(shù)。另外，對于產(chǎn)品原材料和制造工藝也應(yīng)用了新型科技方法，并且在實(shí)施自動化操作處理的過程中還需要使用機(jī)械設(shè)施。

機(jī)械制造操作實(shí)際上就是生產(chǎn)制造產(chǎn)品的過程，關(guān)鍵在于使生產(chǎn)目標(biāo)的有關(guān)尺寸大小、外觀、具體部位以及產(chǎn)品質(zhì)量等方面得到完善，讓產(chǎn)品的雛形轉(zhuǎn)化成成品或者是半成品，由此可見，產(chǎn)品的制造技術(shù)在整個(gè)機(jī)械生產(chǎn)過程中發(fā)揮著十分重要的作用。由于現(xiàn)代化產(chǎn)品要求產(chǎn)品必須具有較高的加工精度，因此，有必要將3D打印技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械生產(chǎn)過程中，從而能夠大大地提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

2 3D打印的簡介

3D打印技術(shù)也叫作增材或者是增量加工技術(shù)，它主要通過三維CAD模型數(shù)據(jù)和數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來進(jìn)行制造，并且同大量學(xué)科相融合，比方說，CAD模型的構(gòu)建、接口軟件、測量、數(shù)字控制以及激光等?，F(xiàn)階段，此項(xiàng)技術(shù)在各個(gè)行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。比方說，工業(yè)設(shè)計(jì)、土木工程、醫(yī)療以及教育方面。

3D打印具備的特點(diǎn)主要體現(xiàn)如下：首先，數(shù)字制造。基于有關(guān)軟件的支持，促進(jìn)商品結(jié)構(gòu)向數(shù)字化方向轉(zhuǎn)變，并且通過機(jī)器設(shè)施進(jìn)行生產(chǎn)制造，進(jìn)而能夠構(gòu)建成不同的組件，另外，通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)字化文件，確保了制造的分散性；其次，降維制造。在制造時(shí)對物體實(shí)施降維，由三維結(jié)構(gòu)向二維結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，然后進(jìn)行逐層疊加，從而形成了三維物品，基于3D打印技術(shù)的支持，無論結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜都能夠進(jìn)行加工制造，同時(shí)還提高了制造的柔性化；最后，直接制造。就所有組件而言，都能夠通過打印來實(shí)現(xiàn)直接制造，因此，不僅簡化了組裝和拼接程序，而且還提高了生產(chǎn)率[2]。

3 3D打印具有的優(yōu)勢

3.1 定制化

傳統(tǒng)制造行業(yè)凸顯出來的最大特點(diǎn)就是通過大型的生產(chǎn)和集中設(shè)計(jì)來保證加工出來的產(chǎn)品更加具有經(jīng)濟(jì)適用性，從而可以使大多數(shù)人的具體需求得到滿足。但是，由于受到制造技術(shù)的制約，難以使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)獨(dú)特性和個(gè)性化。3D打印應(yīng)用于文件設(shè)計(jì)時(shí)主要采用了計(jì)算機(jī)同網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法，并針對個(gè)體情況進(jìn)行實(shí)施，這樣可以設(shè)計(jì)出理想的產(chǎn)品，而且在整個(gè)過程中不會有成本和材料產(chǎn)生，進(jìn)而保證了私人訂制的有效實(shí)現(xiàn)[3]。

3.2 生態(tài)化

同傳統(tǒng)的機(jī)械制造和自動化技術(shù)進(jìn)行比較可以得出，3D打印利用設(shè)計(jì)的數(shù)字化文件能夠使機(jī)械制造產(chǎn)品的設(shè)計(jì)得到及時(shí)改善，因此，從形式上來看，更加經(jīng)濟(jì)、環(huán)保。增材制造技術(shù)的應(yīng)用可以防止材料出現(xiàn)耗損的現(xiàn)象。另外，因?yàn)槭歉鶕?jù)具體需求進(jìn)行定制的，所以，有效地防止發(fā)生由于大規(guī)模生產(chǎn)的機(jī)械產(chǎn)品而對空間和環(huán)境造成影響。分布式3D打印可以保證機(jī)械制造企業(yè)在生產(chǎn)的過程中實(shí)現(xiàn)就近、就地取材，這樣不僅節(jié)約了運(yùn)輸成本，而且也減少了碳排放量。因此，從多個(gè)層面來看，使機(jī)械制造中的工藝得到了完善[1]。

3.3 智能化

3D打印是基于計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中的數(shù)字文件對機(jī)械模具進(jìn)行加工制造的，其中原材料是新型粉末，制造工具為3D打印設(shè)備，通過軟件發(fā)出系統(tǒng)指令，進(jìn)而打印出需要加工的產(chǎn)品。毋庸置疑，3D打印屬于一項(xiàng)具有代表性的現(xiàn)代數(shù)字制造技術(shù)，同傳統(tǒng)機(jī)械制造和自動化中依靠流水線制造的技術(shù)存在著明顯的不同之處，3D打印切實(shí)做到了制造上的實(shí)時(shí)實(shí)地按需生產(chǎn)，從而凸顯出了機(jī)械制造技術(shù)的智能化。

4 3D打印的影響

4.1 對勞動力配置造成的影響

長期以來，勞動力資源優(yōu)勢始終是我國制造業(yè)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展的重要前提，在這種情況下，全球越來越多的跨國企業(yè)開始紛紛在我國投資合作，因此，機(jī)械制造業(yè)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，機(jī)械制造和自動化開始逐漸向信息化和智能化發(fā)展，并且不再完全需要單純體力型的勞動資源。現(xiàn)如今，大多數(shù)機(jī)械制造的環(huán)節(jié)更加依賴智力型資源，基于此，部分單純的體力型勞動資源一定會面臨失業(yè)。很長一段時(shí)期內(nèi)，我國一直缺少專業(yè)的技術(shù)人才資源，進(jìn)而阻礙了機(jī)械制造業(yè)的順利發(fā)展?；?D打印技術(shù)的機(jī)械制造和自動化技術(shù)有效的省去了工藝環(huán)節(jié)，節(jié)約了大部分的傳統(tǒng)工序，以數(shù)字化生產(chǎn)技術(shù)為依托進(jìn)行機(jī)械生產(chǎn)制造，減少了以往制造過程中對流水生產(chǎn)線提出的需求。3D 打印應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)中大大降低了企業(yè)對體力勞動者的需求量，企業(yè)往往喜歡采用更具機(jī)械化和自動化的生產(chǎn)工藝，進(jìn)而能夠降低勞動成本。除此之外，隨著3D打印技術(shù)這種具有代表性的數(shù)字化技術(shù)的不斷完善以及廣泛應(yīng)用，體力勞動力資源閑置問題一定會變得越來越明顯。因此，如何將傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)中所需的閑置勞動力資源進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，是對機(jī)械制造業(yè)的日后發(fā)展造成影響的關(guān)鍵議題[4]。

3D打印屬于一種集當(dāng)代多種形式先進(jìn)技術(shù)為一體的制造技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)在促進(jìn)機(jī)械制造和自動化的發(fā)展方面不能同技術(shù)人員的支持相脫離，一直以來，我國企業(yè)的科技研發(fā)水平均較低，特別是專業(yè)水平較高的技術(shù)型人才十分短缺，從某種程度上來看，也會阻礙3D打印的進(jìn)一步發(fā)展。實(shí)際上，由于3D打印而造成的勞動力配置問題主要體現(xiàn)如下：首先是部分單純的加工型勞動力資源可能會面臨失業(yè)；其次，由于缺乏技術(shù)水平較高的勞動力資源，因此，會制約機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展。

4.2 科技創(chuàng)新

現(xiàn)如今，對于3D打印技術(shù)來說，最關(guān)鍵的就是設(shè)備的研發(fā)。當(dāng)前，從某種程度上來看，我國3D打印設(shè)備的科技研發(fā)水平基本接近于國際先進(jìn)水平，但是在機(jī)械制造的總體精度和可靠性等方面的控制卻仍舊同國際頂尖水平存在著非常大的差距，由此可見，仍需進(jìn)一步提高。3D打印應(yīng)用于加工與制造機(jī)械產(chǎn)品時(shí)主要采用層層疊加的方法，由于加工不同產(chǎn)品的過程中所使用的原材料也不同，因此，3D打印原材料的載體設(shè)備必然會存在差別。采取何種手段研發(fā)出適合應(yīng)用在企業(yè)本產(chǎn)品原材料的設(shè)備，并且能夠確保較高的精準(zhǔn)水平與可靠性是目前設(shè)備研發(fā)過程中需要解決的首要問題。除此之外，材料科學(xué)的研究開發(fā)也屬于設(shè)備發(fā)展的關(guān)鍵。同傳統(tǒng)的機(jī)械制造進(jìn)行比較可以看出，3D 打印所使用的材料較易做到液化或者是粉末化，并且能夠在打印完成之后再次進(jìn)行結(jié)合，同時(shí)還具有標(biāo)準(zhǔn)的物化性質(zhì)。利用一些應(yīng)用軟件，比方說CAD和CAM 等，將模型拷貝到3D打印設(shè)備中，先對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，然后再進(jìn)行打印，在確保控制和機(jī)械組件、打印頭、耗材以及介質(zhì)等流程都達(dá)到自動化的情況下，3D打印技術(shù)同機(jī)械制造和自動化的關(guān)聯(lián)一定會越來越穩(wěn)定。由于不同生產(chǎn)加工范圍所使用的原材料也不完全同，如果想將3D打印技術(shù)充分應(yīng)用于企業(yè)機(jī)械制造加工領(lǐng)域，首要工作就是采取合理有效的方法將與之相對應(yīng)的原材料做到液化和粉末化。現(xiàn)階段，隨著社會朝向多元化發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的類型也變得多種多樣，因此，與之相對應(yīng)的原材料的研發(fā)必然是日后3D打印應(yīng)用的關(guān)鍵所在。

5 結(jié)束語

綜上所述，機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)向智能化和數(shù)字化發(fā)展是制造業(yè)的未來發(fā)展趨勢，要想確保此發(fā)展目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，就必須將3D打印合理地應(yīng)用到企業(yè)的發(fā)展中。盡管3D打印技術(shù)具有較多的優(yōu)勢，但是也會對機(jī)械制造和自動化造成不良影響。因此，為了同科學(xué)技術(shù)以及時(shí)代的發(fā)展相適應(yīng)，一定要不斷地對機(jī)械制造和自動化技術(shù)加以改善，從而推動3d打印技術(shù)為我國機(jī)械制造行業(yè)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

[1]王翔.3D打印對機(jī)械制造及自動化的影響[J].黑龍江科技信息,2017(03):75.

[2]張均保.3D打印對機(jī)械制造及自動化的影響分析[J].中國高新區(qū),2017(02):103.