3D打印技術(shù)在物理實驗裝備維修中的應(yīng)用

鄭旖

摘要：3D打印技術(shù)的迅速發(fā)展，為物理實驗裝備維修提供了重要的保障能力，例如電火花打點計時器壓紙蓋、螺旋測微器止動旋鈕和機械停鐘按鈕等替換品的制造。3D打印技術(shù)只需將數(shù)字化“模具”的三維數(shù)據(jù)，通過3D打印機，便能迅速投入生產(chǎn)，只需很短的時間，便能將數(shù)字化“模具”快速打印出來。利用3D打印技術(shù)，可以實現(xiàn)“一個人就是一家工廠”夢想。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);物理實驗裝備;維修;應(yīng)用

我們在進行物理實驗過程中，難免會遇到實驗裝備的損壞現(xiàn)象。當我們進行實驗裝備維修時，很多時候會遇到這樣的情況：損壞的零件使用傳統(tǒng)的工具無法制造，很難找到或買到合適的零件替換。由于沒有合適的零件進行維修替換，我們只能把損壞的器材放置存儲。如今，3D打印技術(shù)的迅速發(fā)展，為物理實驗裝備維修提供了重要的保障能力。

3D打印技術(shù)始現(xiàn)于20世紀末期，這種技術(shù)的運行基礎(chǔ)就是數(shù)字模型文件將材料的制造技術(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字化的過程[1]。3D打印技術(shù)具有生產(chǎn)方式簡單、打印時間短、相對成本低、主動性和靈活性強、高效率、產(chǎn)品千變?nèi)f化的特點[2]。它不需要依靠傳統(tǒng)的模具，也不需要運用大量的機械設(shè)備，只需要將設(shè)計者設(shè)計的數(shù)字化“模具”的三維數(shù)據(jù)，通過3D打印機，便能迅速投入生產(chǎn)，只需很短的時間，便能將數(shù)字化“模具”快速打印出來，因此，3D打印技術(shù)又叫快速成形技術(shù)。利用3D打印技術(shù)，可以實現(xiàn)“一個人就是一家工廠”夢想[3]。

3D打印技術(shù)尤其適用于小型號且小批量的裝備生產(chǎn)，這一點正好迎合了物理實驗裝備維修的需要[1]。下面以部分物理實驗裝備為例，介紹3D打印技術(shù)在物理實驗裝備維修中的應(yīng)用。

一、電火花打點計時器壓紙蓋的制造

電火花打點計時器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，在物理實驗中，電火花打點計時器損壞最多的情況是壓紙蓋的彈性卡斷裂。由于彈性卡斷裂后無法壓住紙條，影響整臺電火花打點計時器的工作。由于用萬能膠粘合斷裂面效果不佳，又很難買到配套的壓紙蓋替換，只能用橡皮筋臨時固定，對實驗效果造成一定影響。如今，利用3D打印技術(shù)便可以解決壓紙蓋的問題。筆者通過SolidWorks建模軟件設(shè)計的壓紙蓋數(shù)字化“模具”如圖1所示，3D打印機打印的壓紙蓋實體如圖2所示。

二、螺旋測微器止動旋鈕的制造

螺旋測微器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，在物理實驗中，我們會遇到止動旋鈕損壞的情況。由于止動旋鈕很小，損壞后不易粘合，傳統(tǒng)工具很難制造，也很難買到合適的旋鈕。止動旋鈕損壞后，在取下被測物體后，無法固定測微螺桿的讀數(shù)，影響讀取實驗數(shù)據(jù)的準確性。如今，利用3D打印技術(shù)便可以快速制造一個新的止動旋鈕出來。筆者通過SolidWorks建模軟件設(shè)計的止動旋鈕數(shù)字化“模具”如圖1所示，3D打印機打印的止動旋鈕實體如圖2所示。

三、機械停鐘按鈕的制造

機械停鐘的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由于實驗室現(xiàn)有的機械停鐘的按鈕是塑料按鈕，在實驗過程中，會出現(xiàn)塑料按鈕槽口被壓裂的情況。由于按鈕很小，傳統(tǒng)工具很難制造，也很難買到合適的按鈕替換，沒有按鈕的停鐘很難按壓，只能放置存儲。如今，利用3D打印技術(shù)，便可以輕松制造替換的按鈕出來。筆者通過SolidWorks建模軟件設(shè)計的按鈕數(shù)字化“模具”如圖1所示，3D打印機打印的塑料按鈕實體如圖2所示。

3D打印技術(shù)是一項顛覆性的創(chuàng)新技術(shù)，它為提升信息化條件下的物理實驗裝備維修保障能力和推動物理實驗裝備維修保障變革創(chuàng)新提供了重要的技術(shù)手段和理論支撐[3]。3D打印技術(shù)實現(xiàn)了物理實驗裝備材料的數(shù)字化，只要計算機中存儲了相關(guān)的設(shè)計“模具”數(shù)據(jù)，就可以利用這些數(shù)據(jù)進行生產(chǎn)。因此，傳統(tǒng)的物資存儲就轉(zhuǎn)變成了設(shè)計“模具”數(shù)據(jù)的存儲，這樣大大節(jié)約了存儲的空間，節(jié)約了運輸時間，也有效地削減了成本，這也是物理實驗裝備維修的一大突破[1]。在未來的物理實驗裝備維修保障領(lǐng)域，3D打印技術(shù)必將發(fā)揮舉足輕重的作用[3]。

參考文獻：

[1]莫偉東.3D打印技術(shù)及其在航空裝備維修中的應(yīng)用[J]，產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2017年第16卷第24期

[2]葉園;阮鵬.3D打印技術(shù)在汽車維修中的應(yīng)用研究[J]，科技展望，2016/22

[3]郭繼周;吳集;鄧啟文.3D打印技術(shù)對裝備維修保障的影響與對策[N]，裝備學院學報，2016 （4）：第27卷第2期