探究3D打印技術(shù)對(duì)機(jī)械制造及自動(dòng)化的影響

安耘可

（保定廣播電電視大學(xué),河北 保定 071000）

隨著科學(xué)技術(shù)的提升和優(yōu)化，顯著地促進(jìn)了相關(guān)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，且應(yīng)用領(lǐng)域愈發(fā)廣泛。3D打印技術(shù)主要是通過軟件設(shè)計(jì)程序，依托數(shù)字化工具，經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)共享與傳遞，借助本地化生產(chǎn)方式完成生產(chǎn)制造，以此來縮減產(chǎn)品生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，減少成本。而且3D打印可以充分地使用材料、減少浪費(fèi)、避免污染，并且可以根據(jù)自己的需求來定制產(chǎn)品，滿足個(gè)性化需求，靈活度較高。3D打印涵蓋的學(xué)科領(lǐng)域較多，雖然目前的應(yīng)用有一定的局限性，但對(duì)于當(dāng)前的機(jī)械制造而言，在特定場合下，它可以極大的加快產(chǎn)品成型速度，提高生產(chǎn)效率，這對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械制造行業(yè)來說意義重大。

1 3D打印的原理與應(yīng)用領(lǐng)域

3D打印技術(shù)又稱為增材制造技術(shù)，其也通過使用光固化和紙層疊等方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的制造過程。3D打印技術(shù)首先需要借助計(jì)算機(jī)運(yùn)用軟件來進(jìn)行三維造型，利用這些軟件將所需要的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)建模，繪制出產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)模型，然后轉(zhuǎn)換為3D打印機(jī)需要的數(shù)據(jù)格式，之后使用3D打印將預(yù)先設(shè)計(jì)造型好的產(chǎn)品打印出來。對(duì)3D打印技術(shù)而言，其所用的材料有些許要求，需要借助特定材料來進(jìn)行，材料主要有粉末狀金屬或塑料，這些材料的特點(diǎn)是能夠粘合。3D打印就是將這些材料按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的三維模型一層一層堆積出來，最終達(dá)到設(shè)計(jì)者所需要的產(chǎn)品形狀與外型以及所具有的相應(yīng)的產(chǎn)品功能。

當(dāng)前隨著制造行業(yè)不斷的改進(jìn)升級(jí)，3D打印技術(shù)也因其快速的成型速度得到了行業(yè)的青睞，3D打印應(yīng)用的越來越多，其精度也得到了更高的提升，另外各式各樣的商用3D打印機(jī)不斷出現(xiàn)，3D打印機(jī)的價(jià)格也大幅度下降。目前3D打印技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)，其主要被應(yīng)用于以下幾個(gè)領(lǐng)域。（1）航空航天領(lǐng)域。在航空領(lǐng)域使用3D打印技術(shù)，能夠更加方便以及更加經(jīng)濟(jì)性的打印所需要的零部件，另外也能夠很好的降低零件的質(zhì)量，進(jìn)而更好地降低航空器所攜帶的燃料。（2）醫(yī)療領(lǐng)域。在醫(yī)療領(lǐng)域使用3D打印技術(shù)打印移植器官，由于每個(gè)人的器官均有不同，使用3D打印技術(shù)能夠根據(jù)患者的特點(diǎn)有針對(duì)性地打印器官，也不用擔(dān)心排異反應(yīng)。（3）建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域。使用3D打印技術(shù)能夠快速、便捷、經(jīng)濟(jì)地打印建筑模型，同時(shí)使用3D打印技術(shù)打印的建筑模型也更加的美觀。（4）軍事領(lǐng)域。目前3D打印技術(shù)因其具有較高的精度，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到軍工的航空發(fā)動(dòng)機(jī)以及多種武器裝備中。

2 3D打印運(yùn)用優(yōu)勢

2．1 智能化

未來，是智能化的時(shí)代。近些年人工智能風(fēng)靡全球，并且在眾多行業(yè)有著重要的應(yīng)用，其表現(xiàn)出來的工作效率讓人欣喜。在制造行業(yè)中，其也必將朝著智能化方向發(fā)展。制造行業(yè)中智能化的體現(xiàn)之一便是3D打印技術(shù)，其靈活性賦予制造行業(yè)以智能。目前，3D打印技術(shù)已深入制造業(yè)中，并且正在不斷發(fā)展。

3D打印利用軟件進(jìn)行三維建模，在軟件建模設(shè)計(jì)中，產(chǎn)品的更多特征皆可表現(xiàn)出來，另外較復(fù)雜的產(chǎn)品也可以先進(jìn)行模型設(shè)計(jì)，然后利用3D打印設(shè)備將其生產(chǎn)出來。由于產(chǎn)品的特征已由模型表達(dá)出來，3D打印技術(shù)將模型實(shí)體化，并保證其完整性。這是一種先進(jìn)的高效的生產(chǎn)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品定制化，展示其智能化特性。

2．2 定制化

科技水平的提升促使制造業(yè)進(jìn)一步發(fā)展，3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品定制以滿足個(gè)性化需求成為可能。以前，原有的制造技術(shù)因成本限制和實(shí)際的市場環(huán)境，生產(chǎn)的產(chǎn)品只可迎合大部分需求，卻無法滿足個(gè)性化需求，小量需求的產(chǎn)品市場不大。目前，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以依照個(gè)人的實(shí)際情況，根據(jù)需求來進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足個(gè)性需求。

2．3 生態(tài)化

在傳統(tǒng)的機(jī)械制造業(yè)中，污染問題一直伴隨其左右，這越發(fā)的不符合現(xiàn)在生態(tài)化建設(shè)的需求。而3D打印另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是基本無污染。3D打印是借助數(shù)字化建模再將其復(fù)現(xiàn)為實(shí)體的設(shè)計(jì)理念，一步成型，避免繁瑣加工步驟，這提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的靈活性，并且在打印過程中其對(duì)材料的利用率非常的高，這極大的減少了浪費(fèi)，提高了經(jīng)濟(jì)性，增加了環(huán)保性。

3 3D打印技術(shù)對(duì)機(jī)械制造行業(yè)的影響

3．1 調(diào)整機(jī)械制造業(yè)的主要格局

我們知道，3D打印技術(shù)主要是通過計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)程序，進(jìn)行產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)并表現(xiàn)產(chǎn)品的各種結(jié)構(gòu)特征和復(fù)雜的表面形狀，依托數(shù)字化工具，經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)共享與傳遞，借助本地化生產(chǎn)方式完成生產(chǎn)制造，以此來縮減產(chǎn)品工業(yè)生產(chǎn)的周期，提高生產(chǎn)效率，減少成本。其對(duì)傳統(tǒng)的制造行業(yè)最大的沖擊是不用機(jī)械加工便可進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)，與原有的生產(chǎn)線相比，這極大的提高了制造生產(chǎn)的靈活性，并且可以不用設(shè)計(jì)專門的生產(chǎn)線就可以加工異形產(chǎn)品或復(fù)雜形狀產(chǎn)品。3D打印因其靈活性也可以賦予機(jī)械制造生產(chǎn)以分散性特性，即同一產(chǎn)品的不同零件或組件可以分散生產(chǎn)而不用擔(dān)心最后會(huì)影響其整體裝配。若3D打印技術(shù)可被大面積應(yīng)用到工程機(jī)械行業(yè)中，則可極大的提高生產(chǎn)力，從而可以淘汰落后的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝以及生產(chǎn)線，如此可以調(diào)整機(jī)械制造業(yè)的主要格局，促進(jìn)機(jī)械行業(yè)的整體發(fā)展。雖然，目前3D打印因其自身的特性還未能在機(jī)械加工中大面積地應(yīng)用，但毋庸置疑，隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展和推廣，在未來，其必然會(huì)使現(xiàn)有的工程機(jī)械格局產(chǎn)生變化，

在上文描述到3D打印技術(shù)是利用其數(shù)字化文件來進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，所以在同一廠家不同地區(qū)的分公司間的配件供應(yīng)無需實(shí)物運(yùn)送，只需要傳輸設(shè)計(jì)好的三維模型即可。這保證了信息傳輸?shù)目旖莺团浼圃斓目焖?，并且可以借助信息快速傳輸來增?qiáng)行業(yè)競爭力。

3．2 3D打印技術(shù)和自動(dòng)化之間的整合

3D打印的運(yùn)作理念類似于傳統(tǒng)的打印機(jī)，打印的對(duì)象是三維產(chǎn)品，是虛擬模型復(fù)現(xiàn)到實(shí)體產(chǎn)品的過程。3D打印技術(shù)是借助高效成型的材料，借助計(jì)算機(jī)將電子文件與打印設(shè)備進(jìn)行連接傳輸，控制設(shè)備將材料逐步疊加，實(shí)現(xiàn)虛擬模型到實(shí)體的轉(zhuǎn)變。其基本工作步驟為：首先進(jìn)行三維軟件建模，表達(dá)產(chǎn)品的具體形狀和特征；然后建立計(jì)算機(jī)與3D打印機(jī)的連接，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和調(diào)節(jié)；最后，備足材料，開始打印操作。一般而言，3D打印只需一開始將參數(shù)設(shè)置好，即可進(jìn)行打印，直至產(chǎn)品成型，中間不需要多余的操作，打印過程自動(dòng)完成。以此，實(shí)現(xiàn)3D打印技術(shù)和自動(dòng)化之間的結(jié)合。3D打印本身即具備高度自動(dòng)化。

3．3 3D打印和傳統(tǒng)制造的有機(jī)整合

與傳統(tǒng)制造相比，3D打印不需要進(jìn)行例如車、銑、刨、磨、鉆這樣的傳統(tǒng)的加工工藝，它是依托數(shù)字化工具，經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)共享與傳遞，借助本地化生產(chǎn)方式完成生產(chǎn)制造，以此來縮減產(chǎn)品工業(yè)生產(chǎn)的周期，提高生產(chǎn)效率，減少成本。但3D打印技術(shù)的局限性也很明顯，即只能應(yīng)用在特定的場合，依靠特定的材料，應(yīng)用范圍有限，且打印設(shè)備的成本較高，前期投入大。在實(shí)際制造應(yīng)用中，需要將3D打印和傳統(tǒng)制造進(jìn)行有機(jī)整合，取長補(bǔ)短，各自發(fā)揮各自的優(yōu)勢，例如，具有復(fù)雜表面和特征的產(chǎn)品或需要進(jìn)行個(gè)性化定制的產(chǎn)品可以進(jìn)行3D打印制造，以保證產(chǎn)品質(zhì)量并節(jié)約時(shí)間；另外，簡單工藝的零件，并且需要大規(guī)模生產(chǎn)的時(shí)候，可采用傳統(tǒng)的機(jī)械加工，以節(jié)約成本。在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)代背景下，3D打印將展示其數(shù)字化優(yōu)勢，強(qiáng)化機(jī)械制造行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

4 結(jié)語

在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的情況下，對(duì)于制造行業(yè)而言，3D打印技術(shù)的應(yīng)用使得機(jī)械制造業(yè)迎來了新的發(fā)展空間。站在我國制造業(yè)的層面，3D打印好比一把雙刃劍，不僅帶來全新的機(jī)遇，而且面臨巨大挑戰(zhàn)。3D打印可以給機(jī)械制造業(yè)帶來了全新的變革，它不僅可以縮短產(chǎn)品生產(chǎn)的周期，提高效率，還可以保護(hù)環(huán)境，避免浪費(fèi)。雖然，目前3D打印技術(shù)還存在一些不足，限制了其應(yīng)用，但我堅(jiān)信，3D打印必將在未來給機(jī)械生產(chǎn)制造帶來全新面貌。