基于SLA的汽車維修收納工具增材制造技術(shù)應(yīng)用

摘要：隨著我國(guó)汽車保有量的持續(xù)增長(zhǎng)，汽車行業(yè)的發(fā)展日新月異，這也使得汽車維修行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。被視為第三次工業(yè)革命重要標(biāo)志的增材制造技術(shù)，正逐步應(yīng)用于汽車維修領(lǐng)域。本文在對(duì)SLA增材制造技術(shù)原理分析基礎(chǔ)之上，結(jié)合汽車維修領(lǐng)域的發(fā)展情況，對(duì)汽車維修收納工具的制造過(guò)程進(jìn)行梳理，分析了汽修領(lǐng)域收納工具應(yīng)用SLA增材制造技術(shù)加工的可行性，旨在改善汽車維修環(huán)境，促進(jìn)汽車維修行業(yè)的健康快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：增材制造技術(shù);SLA;收納工具

0 ?引言

汽車維修企業(yè)的健康發(fā)展有賴于快速高效的售后服務(wù)。近年來(lái)，增材制造技術(shù)（Additive Manufacturing，AM）以其生產(chǎn)工序簡(jiǎn)單、無(wú)需模具、制造成本低、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品靈活等特點(diǎn)迅速進(jìn)入大眾視野，也為汽車維修行業(yè)的快速發(fā)展帶來(lái)了新思路和新挑戰(zhàn)[1-2]。

1 ?SLA增材制造技術(shù)概述

液態(tài)光敏樹(shù)脂選擇性固化工藝（Stereo Lithography Apparatus，SLA）是增材制造領(lǐng)域的一個(gè)重要方向，其主要采用液態(tài)光敏樹(shù)脂原料，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件或逆向工程技術(shù)設(shè)計(jì)出的三維數(shù)字模型，利用離散化程序?qū)δＰ颓衅幚恚僖勒諗M定掃描路徑照射至光敏樹(shù)脂表面，分層掃描固化疊加成三維零件原型的一種制造方式[3]。

SLA工作原理是：通過(guò)計(jì)算機(jī)控制一定波長(zhǎng)和強(qiáng)度的紫外激光束（如λ=325nm），在偏振鏡作用下持續(xù)按預(yù)定零件各分層截面的輪廓形狀對(duì)液態(tài)樹(shù)脂材料逐一掃描，被掃描區(qū)域的樹(shù)脂薄層在光聚合固化反應(yīng)下形成零件的一個(gè)薄層截面。繼而升降平臺(tái)帶動(dòng)平臺(tái)下降一層高度，利用刮板在已固化好的樹(shù)脂表面層上再均勻敷上新一層液態(tài)樹(shù)脂并刮平，重復(fù)掃描并固化，使得新固化層牢固粘接在上一層中，如此循環(huán)反復(fù)直至完成整個(gè)零部件的固化成型，得到整個(gè)實(shí)體模型，工作原理如圖1所示。

SLA技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要有：①由于支撐材料為石蠟，支撐結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)加熱處理可以完全去除，并能夠制造任意幾何形狀的復(fù)雜零件;②由于光敏樹(shù)脂材料液態(tài)狀態(tài)下流動(dòng)性能好、打印分層薄，成型模型表面質(zhì)量好、精度高，原材料利用率接近100%;③由于紫外激光每次可以移動(dòng)覆蓋至整個(gè)臺(tái)面，打印效率高。

2 ?基于SLA的汽車維修收納工具的制造

汽車維修領(lǐng)域中，需要用到各種形式的維修工具，維修工具的有序擺放與整理是汽修人員高效率完成維修作業(yè)的有效保障，數(shù)量龐大、形狀各異的維修工具收納便成為汽修人員亟待解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。本研究嘗試?yán)迷霾闹圃旒夹g(shù)，制作出滿足汽修車間6S標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)范的維修收納工具，提高維修效率與質(zhì)量，促進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)職業(yè)素養(yǎng)的養(yǎng)成。

本研究以基于SLA的內(nèi)六角扳手收納工具制造為例，探討增材制造技術(shù)在汽車維修工具收納領(lǐng)域的應(yīng)用。SLA增材制造從數(shù)字模型到成形實(shí)體的過(guò)需要經(jīng)歷三維模型構(gòu)建、面化處理、切片處理、截面加工與疊加、后處理五個(gè)工藝階段。其工藝流程如圖2所示。

①三維模型構(gòu)建。增材制造系統(tǒng)只能夠識(shí)別計(jì)算機(jī)構(gòu)建的產(chǎn)品三維模型方能進(jìn)行切片處理，現(xiàn)階段常用三維模型構(gòu)建方法有兩種：一是利用計(jì)算機(jī)輔助軟件設(shè)計(jì)產(chǎn)品三維模型;二是利用逆向工程方法對(duì)已有產(chǎn)品進(jìn)行三維掃描重構(gòu)。本研究采用CAD軟件進(jìn)行內(nèi)六角扳手收納工具模型構(gòu)建，能夠收納2mm、2.5mm、3mm、4mm和5mm五種型號(hào)的內(nèi)六角扳手，如圖3所示。

②三維模型面化處理。產(chǎn)品模型中若干不規(guī)則自由曲面無(wú)法避免，制造前需對(duì)其進(jìn)行近似處理以便于后續(xù)數(shù)據(jù)工作。目前增材制造領(lǐng)域的準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)接口文件格式是STL，它是利用一系列小三角面片來(lái)擬合原自由曲面模型，實(shí)現(xiàn)了三維模型面化處理。

③三維模型切片處理。增材制造工藝是按層截面輪廓進(jìn)行加工，制造前需以三維模型高度方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，每隔一定間距進(jìn)行切片處理以提取各截面輪廓信息。切片層的輪廓線形式和切片厚度決定了零件制造精度和成型效率，層厚越小，成型精度越高，但成型時(shí)間也越長(zhǎng)，本模型成型精度為0.15mm。

④截面加工與疊加。獲得切片截面輪廓信息基礎(chǔ)上，SLA增材制造系統(tǒng)中的激光掃描系統(tǒng)在水平面內(nèi)依照計(jì)算機(jī)指令進(jìn)行截面輪廓掃描，對(duì)液態(tài)光敏樹(shù)脂進(jìn)行固化，底層截面支撐粘附在工作臺(tái)上。每層截面成形后，工作臺(tái)下降一個(gè)層厚使光敏樹(shù)脂均勻涂抹于已成形層面上，光束按照新一層截面數(shù)據(jù)進(jìn)行固化成形，并與前一層面相堆積粘結(jié)，依次逐層掃描固化疊合，最終得到實(shí)體原型。

⑤后處理。零件成型完成后，從工作臺(tái)上分離，用酒精/丙酮清洗，利用刀片去除支撐。為了獲得良好的機(jī)械性能，在后固化箱內(nèi)進(jìn)行二次固化。處理后的模型如圖4所示。

模型制造完成后，裝入五種型號(hào)的內(nèi)六角扳手，可滿足實(shí)際維修工具的收納要求，效果良好，如圖5所示。

3 ?結(jié)束語(yǔ)

本文以內(nèi)六角扳手收納工具制造為例，探討了SLA增材制造的技術(shù)特點(diǎn)及制造步驟，生產(chǎn)結(jié)果表明，該方法打印出的汽車維修收納工具可滿足實(shí)際使用要求。只需要利用計(jì)算機(jī)，便能夠?qū)崿F(xiàn)物體設(shè)計(jì)及生產(chǎn)，后勤保障部門的物資存儲(chǔ)將演變成設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)，能夠更直接有效節(jié)約存儲(chǔ)空間，降低運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)維修更加的方便快捷，提高企業(yè)的工作效率，進(jìn)而全面促進(jìn)汽修行業(yè)的發(fā)展與完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉園，陳曉航.基于FDM的汽車維修工具3D打印技術(shù)研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（19）：219-220.

[2]趙林.計(jì)算機(jī)輔助3D打印技術(shù)在汽車加工中的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（11）：233-234.

[3]潘海文，韓亞?wèn)|.光固化成形工藝的發(fā)展及應(yīng)用[J].蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，29（01）：32-34.

課題項(xiàng)目：福建省教育廳中青年教師教育科研項(xiàng)目（JAT170946）;全國(guó)交通運(yùn)輸職業(yè)教育教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)2019年交通運(yùn)輸職業(yè)教育科研項(xiàng)目（2019A09）。

作者簡(jiǎn)介：呂翱（1990-），男，講師，碩士，主要從事汽車機(jī)電維修、增材制造技術(shù)研究。