3D打印技術(shù)在機(jī)械制造自動(dòng)化中的應(yīng)用

張利成

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，機(jī)械制造領(lǐng)域也加快了向自動(dòng)化方向發(fā)展的進(jìn)程。而新型的3D打印技術(shù)是現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)重要成果，其在機(jī)械自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用極大地提高了我國(guó)機(jī)械加工制造的能力。特別是隨著高分子材料等科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，3D打印技術(shù)與電氣、光學(xué)等自動(dòng)化技術(shù)的有機(jī)融合，不僅促進(jìn)了機(jī)械制造的多元化發(fā)展，滿足用戶對(duì)機(jī)械設(shè)備的個(gè)性化需求，而且有效地降低了生產(chǎn)加工成本，提高了機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)效率。3D打印技術(shù)在機(jī)械自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用為機(jī)械制造行業(yè)創(chuàng)造了一個(gè)重大的發(fā)展機(jī)遇，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)3D技術(shù)的研究和應(yīng)用，從而全面推動(dòng)我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：3D打印;機(jī)械制造;自動(dòng)化;應(yīng)用

一、3D打印運(yùn)用優(yōu)勢(shì)

1、智能化。未來(lái)，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(lái)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(lái)，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(lái)。由于產(chǎn)品的特征已由模型表達(dá)出來(lái)，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、定制化?？萍妓降奶嵘偈怪圃鞓I(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(chǎng)環(huán)境，生產(chǎn)的產(chǎn)品只可迎合大部分需求，卻無(wú)法滿足個(gè)性化需求，小量需求的產(chǎn)品市場(chǎng)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(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足個(gè)性需求。

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(wú)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。

二、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，這些切除材料沒有辦法在產(chǎn)品制造中獲得任何作用。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。

三、3D打印技術(shù)在機(jī)械制造自動(dòng)化中的應(yīng)用

1、制造工藝中3D打印技術(shù)的應(yīng)用。一是3D打印技術(shù)需要構(gòu)建三維模型，然后將粉狀材料粘合成模型的強(qiáng)度，通過軟件系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整和數(shù)據(jù)處理，可以完成即時(shí)生產(chǎn)打印任務(wù)。完成后，可以清理并收集剩余原料為后續(xù)的生產(chǎn)制造做準(zhǔn)備，極大地提高了原材料的利用率;二是三維模型構(gòu)建后，通過計(jì)算機(jī)處理后再傳至3D打印機(jī)中，原材料經(jīng)過處理與冷卻后，可重復(fù)進(jìn)行打印，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)價(jià)值的提升。應(yīng)用3D打印技術(shù)后，機(jī)械制造的效率和產(chǎn)值均得到提高，使機(jī)械制造不斷朝向自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。

2、應(yīng)用3D打印技術(shù)進(jìn)行機(jī)械加工的智能化生產(chǎn)。隨著我國(guó)機(jī)械加工自動(dòng)化水平的不斷提高和信息技術(shù)等新興技術(shù)的發(fā)展，多元化以及智能化已成為機(jī)械自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展的主要趨勢(shì)，而3D打印技術(shù)在機(jī)械自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用極大地促進(jìn)了機(jī)械生產(chǎn)制造的智能化發(fā)展。計(jì)算機(jī)的各種軟件程序是3D打印技術(shù)的主要載體，計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳輸，能夠獲得全面、詳細(xì)的三維打印數(shù)據(jù)。同時(shí)，該技術(shù)通過高科技的打印設(shè)備將高分子材料在先進(jìn)的技術(shù)下進(jìn)行定型。在機(jī)械自動(dòng)化領(lǐng)域中應(yīng)用3D打印技術(shù)，既傳承了傳統(tǒng)機(jī)械制造工藝的內(nèi)涵，也是對(duì)傳統(tǒng)工藝技術(shù)的創(chuàng)新，使現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備更加符合人們的實(shí)際需要。

3、環(huán)保工藝中3D打印技術(shù)的應(yīng)用。3D打印技術(shù)可以有效降低廢料的量和損失，使機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)具有環(huán)保特點(diǎn)和節(jié)能降耗特征。應(yīng)用3D打印技術(shù)后，原材料得到高效利用，廢料經(jīng)過處理均可再次投入使用，節(jié)約了生產(chǎn)原料，使機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)具有經(jīng)濟(jì)化特性。同時(shí)，在國(guó)家環(huán)保戰(zhàn)略目標(biāo)中，將低耗和低污染作為工業(yè)改革的基本出發(fā)點(diǎn)，促使機(jī)械制造不斷優(yōu)化工藝、融合流程，更新技術(shù)和提高管理。應(yīng)用3D打印技術(shù)，產(chǎn)品材料逐漸向環(huán)保方向發(fā)展。再者3D打印技術(shù)本身具有環(huán)保工藝，打印的產(chǎn)品具有環(huán)保特征，促便機(jī)械產(chǎn)業(yè)和自動(dòng)化發(fā)展向環(huán)保型和高效型邁進(jìn)。

四、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。

結(jié)語(yǔ)

站在我國(guó)制造業(yè)的層面，3D打印好比一把雙刃劍，不僅帶來(lái)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(lái)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(lái)給機(jī)械生產(chǎn)制造帶來(lái)全新面貌。

參考文獻(xiàn)

[1]王智昊.3D打印技術(shù)在機(jī)械自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（1）：105.