3D打印技術(shù)在機械制造自動化中的應用

摘? 要：機械制造和機械加工是一個十分傳統(tǒng)的領(lǐng)域，在漫長的人類社會中非常廣泛地存在著。兩次工業(yè)革命后，機械制造領(lǐng)域逐漸開始向自動化方向發(fā)展。而3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，又為機械制造領(lǐng)域提供了一個新的方向。本文介紹了3D打印技術(shù)的特點，并介紹了3D打印技術(shù)的發(fā)展以及在機械制造自動化領(lǐng)域的應用，供相關(guān)人員參考借鑒。

關(guān)鍵詞：3D打印;機械制造;自動化

中圖分類號：TH164;TP391.73? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）19-0175-02

Abstract：Machinery manufacturing and machining are very traditional fields，which exist widely in the long human society. After the two industrial revolutions，the field of mechanical manufacturing gradually began to develop towards automation. The emergence of 3D printing technology provides a new direction for the field of mechanical manufacturing. This paper introduces the characteristics of 3D printing technology，and introduces the development of 3D printing technology and its application in the field of mechanical manufacturing automation for reference.

Keywords：3D printing;mechanical manufacturing;automation

0? 引? 言

科學技術(shù)發(fā)展至今，機械制造從傳統(tǒng)的簡單手工已經(jīng)變成自動化的生產(chǎn)制造。機械制造業(yè)是一個國家綜合實力的重要體現(xiàn)，也是國民經(jīng)濟的重要組成部分。3D打印技術(shù)作為一種增材制造與快速成型技術(shù)，相比于傳統(tǒng)的機械制造工藝有其獨特之處。如今3D打印技術(shù)已經(jīng)逐漸應用于各行各業(yè)，并且有很大的發(fā)展前景。但是從目前的科技水平來看，3D打印技術(shù)依然還存在很大的局限性，還不能夠全面地進入機械制造領(lǐng)域。

1? 3D打印技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展

3D打?。?DP）是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印與普通打印的工作原理基本相同，普通打印機采用的是各種顏色的染料，將計算機提前做好的程序打印到一張平面的物體上。而3D打印中所使用的是特殊的液體或者粉末，在通過計算機連接后，將計算機提前設(shè)置好的程序一層層疊加起來，將計算機中的藍圖直接打印成實體。3D打印技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀90年代的美國，1993年，美國麻省理工學院獲得3D印刷技術(shù)專利，隨后，美國的ZCorp公司從麻省理工學院獲得唯一授權(quán)并開始開發(fā)3D打印機。經(jīng)過20余年的發(fā)展，3D打印技術(shù)已經(jīng)在食品、醫(yī)學、珠寶、航空、牙科和建筑等領(lǐng)域進行了很有效的嘗試，也引起了社會各界的廣泛關(guān)注。

2? 3D打印技術(shù)特點

2.1? 使用的材料比較特殊

從目前的3D打印技術(shù)來看，它所使用的材料相對較少，主要是尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏、鋁材、橡膠等。雖然目前在高端的工業(yè)印刷中，一些塑料和金屬材料可以應用，但都是比較稀缺和昂貴的。從目前3D打印機的種類和類型來看，還無法實現(xiàn)所有的金屬和塑料材料都作為3D打印材料。而且這種限制不僅僅是3D打印技術(shù)本身的限制，同樣是當下材料學界廣泛存在的問題。

2.2? 打印的產(chǎn)品規(guī)模較小

3D打印產(chǎn)品與3D打印機的類型有很大的關(guān)系，目前的3D打印技術(shù)還沒有進入廣泛的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。因此，目前的3D打印的設(shè)備大部分規(guī)模較小，打印的產(chǎn)品也都以比較小的機械設(shè)備的零部件為主，一些大型的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機械設(shè)備還無法使用3D打印技術(shù)進行制造。另外，3D打印技術(shù)所生產(chǎn)的機械設(shè)備，并不能進行結(jié)構(gòu)的調(diào)整和轉(zhuǎn)換，也無法安裝其他的電子產(chǎn)品，所制造的產(chǎn)品，大多僅可供觀賞而沒有多大的實用價值。

2.3? 制作成本較高

3D打印技術(shù)目前正處于開發(fā)實驗階段，在3D打印設(shè)備的生產(chǎn)方面還遠遠達不到工業(yè)的量產(chǎn)水平。除此之外，目前3D打印所使用的材料比較有限，而且都是經(jīng)過特殊工藝制作的材料，成本偏高?？傮w而言，目前通過3D打印制造的產(chǎn)品，平均成本都要比傳統(tǒng)工藝制造的產(chǎn)品要高很多。因此，在目前機械制造的市場環(huán)境下，3D打印技術(shù)還僅僅是處于初級的研發(fā)和實驗階段。

3? 3D打印技術(shù)在機械制造自動化的應用

3.1? 機械制造相關(guān)學科的教學

我國作為一個機械制造大國，不僅有十分雄厚的機械制造基礎(chǔ)，同時也有非常龐大的機械制造的從業(yè)者和專業(yè)領(lǐng)域的學習和探索者。目前，在機械制造專業(yè)的教學中，采取的比較現(xiàn)代化的教學方法就是多媒體以及互聯(lián)網(wǎng)的教學模式，但這僅僅是局限于理論教學。對于一些比較復雜的精密機械設(shè)備和零部件，僅僅有虛擬的圖片和視頻很難對學生進行詳細的講解。3D打印技術(shù)可以按照實物圖，精確、方便地打印出各種機械模型。這種機械模型可以作為教師的教具，使學生能夠更加直觀地觀看，便于對知識的理解。但是這種輔助教學目前還沒有進行大范圍的推廣和應用，主要受到兩方面的制約。首先，機械專業(yè)教師對一些三維建模軟件比較熟悉，能夠有效地通過相關(guān)的軟件進行三維實體圖的制作和標注，并且通過3D打印機制作成實體模型。另一方面，受于應用范圍的限制，應用于教學的3D打印機并不能夠用于量產(chǎn)，即使是教學模型，也沒有多大的市場空間。因此，3D打印技術(shù)的教學輔助應用，還需要相關(guān)人員繼續(xù)進行探索。

3.2? 機械制造的科學研究

機械制造的科研工作是提高生產(chǎn)力的主要內(nèi)容，加強工業(yè)科學研究，是我國科學工作者的重要使命。3D打印技術(shù)作為一項重要的科技成果，首先應該廣泛用于科學研究中。在科研工作中，可以暫時忽略經(jīng)濟成本的問題，使3D打印技術(shù)能夠在科研界得到更廣泛的應用。在機械制造的科研工作中，3D打印技術(shù)的引入，可以有效地縮短建模過程，使得研發(fā)工作能夠最大程度地節(jié)省時間，通過對實物模型的打印，科研工作者能夠有效地把握工作進度，提高科研產(chǎn)品市場化推廣的工作效率。

3.3? 復雜設(shè)備的修復

隨著機械制造技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)設(shè)備也日趨復雜。機械設(shè)備復雜的零部件關(guān)系著整個設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，而且有些零件一旦損壞很難進行維修。相關(guān)研究者利用3D打印技術(shù)完成了激光成形修復技術(shù)的創(chuàng)新。3D激光成形修復技術(shù)就是對修復技術(shù)中成形部分的優(yōu)化，使得修復技術(shù)更加先進，同時這一技術(shù)也融合了三維成形與表面強化技術(shù)，在修復過程中，不用只是單純使用一種材料。可以說，3D成形修復技術(shù)在一定程度上提升了機械設(shè)備的維修效率，使得機械設(shè)備能夠更加有效地運轉(zhuǎn)，提高工業(yè)生產(chǎn)的效率。由于目前機械設(shè)備種類較多，運行也比較復雜，市場上還沒有特定的設(shè)備零件的3D成形修復技術(shù)。因此，目前正處在設(shè)備研發(fā)階段的3D激光成形修復技術(shù)進入實際應用還需要一定的時間。

3.4? 機械模型的快速制造

一般的機械設(shè)備體型都較大，在不同地區(qū)的運輸成本較高，也容易造成設(shè)備的損壞。在產(chǎn)品的交流展示過程中，若是采用機模型，既能夠有效地展示出機械設(shè)備產(chǎn)品的特點，也能夠降低設(shè)備的運輸成本。3D打印技術(shù)在進入市場推廣之前，最有經(jīng)濟價值的體現(xiàn)就機械模型的制作，也是最容易實現(xiàn)的。3D打印技術(shù)在機械模式的構(gòu)建中，既能夠把復雜、體型龐大的機械縮小來進行運輸和展示，同時也能夠把結(jié)構(gòu)精密、體型較小的復雜零件放大來供人們觀察和學習。

4? 結(jié)? 論

綜上所述，3D打印技術(shù)從誕生之初至今，已經(jīng)在機械制造領(lǐng)域有了很大的發(fā)展。同時，3D打印技術(shù)在機械領(lǐng)域的市場前景也非常廣闊。從目前的3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的效果來看，在機械教學、模型建造和行業(yè)科學研究中都會有廣泛的應用前景。但是也應該注意到3D技術(shù)存在的局限性，認真分析3D打印技術(shù)的利弊，避免盲目跟風，浪費國家或者企業(yè)的財力物力，使3D打印技術(shù)能夠合理科學地服務于機械領(lǐng)域。

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作者簡介：姜利華（1983.01-），女，漢族，山東肥城人，本科，研究方向：機械設(shè)計。