3D打印技術(shù)在機(jī)械自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用

莊瑞蓮

摘 要：當(dāng)前，在機(jī)械制造自動(dòng)化中出現(xiàn)了較多的新興技術(shù)，這不但涵蓋新的智能機(jī)電一體化技術(shù)，而且還有3D打印技術(shù)，新興的制造方式，在機(jī)械方面具有較大的發(fā)展價(jià)值，值得一提的便是節(jié)約能耗，不僅能提高機(jī)械制造產(chǎn)品的精準(zhǔn)度，還能促進(jìn)機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)改革。文章主要分析了3D打印技術(shù)在機(jī)械自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用，希望能為工作人員提供參考。

關(guān)鍵詞：3D打印;機(jī)械自動(dòng)化;機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.20.105

0 前言

3D打印技術(shù)屬于速成型的技術(shù)，與傳統(tǒng)打印技術(shù)最大的差別是：3D層面成型技術(shù)可以將3D工業(yè)設(shè)計(jì)圖紙直接變?yōu)楫a(chǎn)品，非常符合樣品研發(fā)、試樣制造，其中的精準(zhǔn)度非常高，而且效率也較高，所以，機(jī)械制造自動(dòng)化方面，人們還是較為注重的。同時(shí)，此項(xiàng)技術(shù)屬于新興級(jí)別的技術(shù)，在應(yīng)用過(guò)程中，很自然的會(huì)遇到非常不容易解決的問(wèn)題，為了完善此項(xiàng)技術(shù)，文章重點(diǎn)分析了3D打印技術(shù)在機(jī)械自動(dòng)化領(lǐng)域的實(shí)踐價(jià)值。

1 3D打印概述

3D打印技術(shù)稱之為增量加工技術(shù)，它是經(jīng)過(guò)三維CAD模型數(shù)據(jù)與數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)構(gòu)成的，與其余學(xué)科相結(jié)合。例如：CAD模型的構(gòu)建、接口軟件、測(cè)量、控制等都在各個(gè)行業(yè)獲得了大范圍的應(yīng)用。

3D打印最突出的特點(diǎn)便是數(shù)字制造。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)可以看出，此技術(shù)能有效促進(jìn)軟件的升級(jí)改造，使得軟件慢慢向數(shù)字化方向發(fā)展，經(jīng)過(guò)機(jī)器設(shè)施來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的生產(chǎn)制造，方可創(chuàng)建不一樣的組件。此外，互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)字文件，能保證制造的分散性，之后降低維護(hù)制造。在制造過(guò)程中，降低物體降維，改變維度由三維轉(zhuǎn)向二維結(jié)構(gòu)，采用依次疊加的方式，構(gòu)成三維物品。在3D打印技術(shù)的支持下，不管結(jié)構(gòu)在復(fù)雜都可以實(shí)施加工制造，提升制造的柔性，最后，在制造，根據(jù)全部的組件來(lái)講，可通過(guò)打印來(lái)達(dá)到直接制造，所以，不但優(yōu)化了組裝與拼接程序，最后還提升了生產(chǎn)率[1]。

2 3D打印技術(shù)原理與方法

噴墨打印、激光燒結(jié)以及電子熔結(jié)都屬于3D打印技術(shù)中的一種。3D打印技術(shù)可以在較短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)好單個(gè)零件與整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。例如：作為設(shè)計(jì)者，需選用CAD軟件建立好數(shù)字模型，之后保持好數(shù)字模型，利用3D打印機(jī)來(lái)讀取電腦中的數(shù)字模型指令，從而達(dá)到對(duì)產(chǎn)品的打印。在3D打印機(jī)中，3D打印技術(shù)屬于最為重要的一部分，運(yùn)用3D打印機(jī)便是實(shí)施3D打印最后一道屏障。根據(jù)當(dāng)前發(fā)展情況來(lái)看，最高可以達(dá)到600DPI的分辨率，層間厚度為0.01毫米的打印效果。和傳統(tǒng)打印技術(shù)相比較，已然具有較大的提升空間，從而運(yùn)用有色膠水來(lái)實(shí)施彩色打印。

3D打印技術(shù)改變了以往原材料實(shí)施切割、組裝的傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品加工，可以節(jié)約大批量的材料、切割材料時(shí)間。在航空航天工業(yè)領(lǐng)域使用各式各樣的金屬零件都是經(jīng)由固體鈦加工而成，需絕大部分材料被切除，這些切除材料沒(méi)有辦法在產(chǎn)品制造中獲得任何作用。某某公司的研究人指出，采用3D打印技術(shù)并運(yùn)用鈦粉末打印出來(lái)的零件和固體鈦切割相對(duì)比，從使用效果上看，沒(méi)有太大的差別，但是，前者卻能節(jié)約許多原材料。3D打印改變了第二次工業(yè)革命后，采取的是流水線的方式，進(jìn)行了大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)品生產(chǎn)也慢慢從標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化發(fā)展到個(gè)性化與定制化。3d打印機(jī)的應(yīng)用也會(huì)慢慢的降低推廣時(shí)間。站在消費(fèi)者角度來(lái)講，需將網(wǎng)上的設(shè)計(jì)圖都下載下來(lái)，才能在固定的時(shí)間段內(nèi)通過(guò)3D打印機(jī)將產(chǎn)品打印出來(lái)，不需要刻意的大規(guī)模生產(chǎn)線，也不用太多的工人實(shí)施生產(chǎn)操作，更加不用在倉(cāng)庫(kù)中堆積零件，從某方面講，可稱之為社會(huì)化制造。能通過(guò)制造資源網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的快速建立成為較大的供應(yīng)鏈、市場(chǎng)銷(xiāo)售以及用戶服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)高速、長(zhǎng)久的發(fā)展生產(chǎn)模式。

3 3D打印技術(shù)對(duì)機(jī)械自動(dòng)化的影響

近階段，3D打印技術(shù)對(duì)機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)生了較為積極的影響作用，尤其在具備3D打印技術(shù)后，能使得機(jī)械制造變?yōu)楹?jiǎn)便、方便，可實(shí)現(xiàn)高效、集中化，所以，這也表明了3D打印技術(shù)擁有更為寬廣的發(fā)展空間。具體如下：首先，能使得復(fù)雜的零件高效率生產(chǎn)。在制造3D打印技術(shù)中，可以讓流程變的更加的簡(jiǎn)約化，只要輸入圖紙和3D打印設(shè)備便可以達(dá)到高效率的自動(dòng)生產(chǎn)，這樣才能推動(dòng)較為繁瑣的零件達(dá)到高效率生產(chǎn)，與傳統(tǒng)機(jī)械制造模式相比較，3D打印技術(shù)可以更進(jìn)一步的提升產(chǎn)品精準(zhǔn)度。其次，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，相對(duì)來(lái)講3D打印技術(shù)材料成本非常低，有部分3D打印材料可以反復(fù)回收利用，來(lái)減小機(jī)械制造的材料成本，從而減小3D打印技術(shù)運(yùn)行成本。最后，將三維打印技術(shù)運(yùn)用到機(jī)械制造區(qū)域，從而達(dá)到制造過(guò)程自動(dòng)化的目標(biāo)，節(jié)省人力資源成本。三維打印技術(shù)在機(jī)械制造自動(dòng)化區(qū)域具有非常大的優(yōu)點(diǎn)，然而，缺點(diǎn)也非常明顯。首先，在運(yùn)用3D打印技術(shù)時(shí)，非常容易導(dǎo)致印刷過(guò)程污染環(huán)境，最為主要的一點(diǎn)便是幽默污染問(wèn)題。其次，運(yùn)用和3D打印技術(shù)相匹配的材料實(shí)施打印，這是由于材料具有一定的約束性，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品平穩(wěn)性得不到應(yīng)有的保障措施，同時(shí)，基于3D打印技術(shù)不斷的改變、創(chuàng)新，以上問(wèn)題都會(huì)獲得合理化的解決。

4 在3D打印技術(shù)基礎(chǔ)上，分析機(jī)械制造自動(dòng)化革新

4.1 創(chuàng)新機(jī)械設(shè)計(jì)理念

制造機(jī)械時(shí)，傳統(tǒng)意義上實(shí)施機(jī)械制造，一般來(lái)講都較為復(fù)雜，尤其在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)全面思考機(jī)械價(jià)格中實(shí)際存在的問(wèn)題，例如：針對(duì)繁瑣零件的加工，應(yīng)對(duì)其實(shí)施合理、有效的夾具結(jié)構(gòu)，并運(yùn)用合適的人力、設(shè)備，方可將某一零件加工做完善。然而，在3D打印技術(shù)機(jī)械自動(dòng)化中，需合理解決存在的這些問(wèn)題，運(yùn)用3D打印技術(shù)制造產(chǎn)品，將其產(chǎn)品圖紙、三維造型圖直接輸入都相應(yīng)的3D打印機(jī)中，才能自動(dòng)的實(shí)現(xiàn)零件加工，運(yùn)用3D打印技術(shù)實(shí)施產(chǎn)品制造時(shí)，應(yīng)將產(chǎn)品圖紙、三維造型圖直接的輸入到3D打印機(jī)當(dāng)中，以便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工零件，在3D打印技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)成像原理，在制造方面，誤差相對(duì)來(lái)講較小，可以在某種程度上確保加工零件精度和平穩(wěn)性。

另外，設(shè)計(jì)機(jī)械過(guò)程中，這些設(shè)計(jì)相對(duì)來(lái)講較為繁瑣，其中包括了太多零散機(jī)械零件，作為機(jī)械設(shè)計(jì)工作人員，在設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品時(shí)，需認(rèn)真的考慮各個(gè)零散機(jī)械部件的零件加工模式，全面考慮加工帶來(lái)的誤差，在3D打印技術(shù)的基礎(chǔ)上，加工流程與傳統(tǒng)數(shù)控自動(dòng)化加工相比較，取得的效果最好，在誤差精度控制方面也會(huì)變得更加的合理，可以說(shuō)能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)人員最好的狀態(tài)下。

4.2 高效制造生產(chǎn)流程

目前3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，最主要的原理是，加工方式以粘接劑和材料噴射方式為主，簡(jiǎn)單來(lái)講便是將粉末狀材料和粘合機(jī)都裝進(jìn)3D打印機(jī)中，之后，實(shí)施凝固，這些主要依靠的便是智能電腦強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，根據(jù)輸入的3D模型圖實(shí)施打印，最后便能形成平穩(wěn)性非常好的產(chǎn)品，在這樣的狀況下，打印模式通?？梢院芎玫慕鉀Q材料。另外一種模式便是實(shí)現(xiàn)熔斷沉積打印技術(shù)，簡(jiǎn)單來(lái)講便是繪圖軟件輸入計(jì)算機(jī)之后，計(jì)算機(jī)能很好地處理零件中的3D模型，將處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?D打印機(jī)當(dāng)中，這時(shí)候的3D打印機(jī)才能根據(jù)計(jì)算機(jī)輸入的信息，先打印一層厚度非常薄的平面，等到平面冷區(qū)域凝固之后，方可重復(fù)性的堆積打印，一直到制造出的3D打印機(jī)模型和圖紙相一致。

在以往機(jī)械加工區(qū)域中，零件的加工都是運(yùn)用數(shù)控加工技術(shù)完成的，在整個(gè)過(guò)程中，都是運(yùn)用的柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線完成的，在此同時(shí)，需依照零件繁瑣程度、加工數(shù)據(jù)等不同，采取重復(fù)裝夾的方式，這樣不但減小了生產(chǎn)速度，同時(shí)還確保加工的精度。最為重要的是在3D打印技術(shù)自動(dòng)化中，為了研究技術(shù)，3D打印技術(shù)是最合理有效的保證，可以確保加工的效率以及加工質(zhì)量，使得整個(gè)過(guò)程都完全依照?qǐng)D紙信息來(lái)完成，讓整個(gè)加工都可以實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化。

5 3D打印的應(yīng)用前景以及發(fā)展方向

當(dāng)前在研究3D打印技術(shù)方面，研究的較為深入，這也增加了它的應(yīng)用范圍，與此同時(shí)，3D打印精度也在逐漸的向上提高。高效、低耗的3D打印技術(shù)慢慢應(yīng)用到了各個(gè)行業(yè)，近些年，3D打印技術(shù)被運(yùn)用到了一些高精度的機(jī)械零件中，主要發(fā)展前景包括如下幾方面：（1）航空航天領(lǐng)域。航空航天領(lǐng)域中，大部分零件都擁有非常高的精度，對(duì)于零件也有輕便化要求。運(yùn)用3D打印技術(shù)，可以很好的創(chuàng)新航空航天區(qū)域中的零件制造，能提升精密零件中的加工精度，使得此領(lǐng)域零件制造更加的平穩(wěn)。（2）醫(yī)療器械領(lǐng)域。在一些醫(yī)療領(lǐng)域，一樣需要精密度非常高的材料，在3D打印技術(shù)上，不但可以保證醫(yī)療器械的制造精度，還能更進(jìn)一步的減小醫(yī)療耗材的制造成本，尤其在器官移植區(qū)域，運(yùn)用3D技術(shù)可以有效的對(duì)其器官實(shí)施打印，杜絕器官移植后產(chǎn)生的排異反應(yīng)。然而，3D打印技術(shù)非常適合應(yīng)用到高新技術(shù)領(lǐng)域，能很好的降低機(jī)械類產(chǎn)品試驗(yàn)周期，有助于今后的發(fā)展，可以有效補(bǔ)足傳統(tǒng)技術(shù)上存在的缺陷。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，機(jī)械制造技術(shù)在不斷的發(fā)展，3D打印技術(shù)也會(huì)有更好的發(fā)展，被運(yùn)用到更多的行業(yè)，隨著3D打印技術(shù)的不斷提高，3D打印精度也會(huì)得到高速的提升，影響整個(gè)機(jī)械自動(dòng)化領(lǐng)域，帶動(dòng)機(jī)械自動(dòng)化邁向更高的區(qū)域。

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