3D打印技術及其對機械制造及自動化的影響

葛修霞 廖映華

【摘 ?要】對于制造業(yè)來說，新技術的應用使機械制造及其自動化獲得了更廣闊的發(fā)展空間。為了應對更加激烈的競爭，企業(yè)需要使用更加新穎的技術來提高自身的自動化發(fā)展水平，3D打印技術就是其中比較重要的一種。就我國制造業(yè)的發(fā)展而言，3D打印技術對于機械制造和自動化產(chǎn)生了多方面的影響。論文針對相關內(nèi)容進行了綜合性的討論與分析，首先，介紹了3D打印技術為機械制造帶來的新變化；其次，討論了3D打印技術對機械制造和自動化的行業(yè)格局、技術研發(fā)、生產(chǎn)效率和人力配置產(chǎn)生的影響；最后，介紹了3D打印機技術在機械制造及自動化中的實際應用。希望通過對相關內(nèi)容的討論，幫助機械制造業(yè)從業(yè)人員進一步了解3D打印技術對機械制造和自動化的影響，從而推動機械制造行業(yè)整體化發(fā)展。

【關鍵詞】機械制造；3D打印技術；機械自動化

【中圖分類號】TG659；TH164 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2023）03-0142-03

1 引言

科技的不斷發(fā)展促進了技術的整體化進步，而且在各個領域中科技的利用越來越廣泛。3D打印技術主要依賴于軟件設計程序，該程序使用數(shù)字和互聯(lián)網(wǎng)工具實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，并根據(jù)本地生產(chǎn)方法完成生產(chǎn)和制造工作，減少產(chǎn)品的生產(chǎn)損耗，借此進一步提高整體效率，避免成本浪費問題。3D打印技術涉及多學科知識，通過應用3D打印技術不僅可以更好地利用材料，有效減少浪費問題，而且能夠按照實際要求生產(chǎn)產(chǎn)品，滿足客戶的實際需求，幫助企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。現(xiàn)階段，機械制造及其自動化仍有很大的提升空間，應用3D打印技術可以在一定程度上提高其發(fā)展水平和生產(chǎn)效率，在傳統(tǒng)機械制造中發(fā)揮非常重要的作用。因此，在這樣的背景下，對于有關問題的討論成為當前的焦點。

2 3D打印技術概述

3D打印技術是科技發(fā)展的產(chǎn)物，其主要原理是通過數(shù)字打印機進行物品制造。打印技術由來已久，在目前社會上使用的一般打印技術，如紙質(zhì)材料、彩色橫幅的打印等，都只是平面打印[1]。3D打印技術是在基礎打印的基礎上，融合數(shù)字打印技術形成的，因此，利用該技術打印出來的物體具有立體結構域。3D打印技術主要是在計算機中形成打印對象的模型，然后對原材料進行處理，再使用噴嘴將原材料噴在模型上，完成基礎打印，按照這種工作原理多次重復，最終形成立體的三維物品。由于其所具有的優(yōu)勢，3D打印技術可以有效地應用于模具制造、建筑工程等諸多領域。

3 3D打印技術為機械制造帶來的新變化

3.1 基于3D打印技術的個性化定制技術

從我國的實際發(fā)展來看，隨著科學技術的進步，3D打印技術可以有效地推動機械制造和自動化生產(chǎn)的快速發(fā)展。3D打印技術的使用進一步實現(xiàn)了客戶的特定制造目標。傳統(tǒng)的機械制造技術受環(huán)境和市場經(jīng)濟成本的影響，生產(chǎn)的產(chǎn)品比較大眾化，產(chǎn)品只能滿足大多數(shù)人的需求，無法滿足用戶的個性化要求。在使用3D打印技術后，機械生產(chǎn)過程可以從消費者的實際情況出發(fā)，滿足個性化生產(chǎn)的要求，使企業(yè)在市場上具有更強的競爭力，幫助企業(yè)在市場上占據(jù)更有利的地位，使企業(yè)通過滿足個性化生產(chǎn)的要求，在市場上占據(jù)更大的份額，為企業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展提供動力。

3.2 基于3D打印技術的智能生產(chǎn)技術

從當前機械制造行業(yè)的實際情況來看，機械自動化生產(chǎn)已經(jīng)進入智能化時代，人工智能在各個行業(yè)的運用都起到了一定的推動作用，無論是工作效率還是工作質(zhì)量，都取得了顯著的提升。因此，推動機械制造業(yè)的智能化發(fā)展已成為當前發(fā)展的重點，而3D打印技術的使用成為其發(fā)展的重要優(yōu)勢。3D打印技術的使用可以使機械制造更加靈活，利用計算機軟件制作三維模型和圖紙，以這種方式建?？梢愿玫爻尸F(xiàn)產(chǎn)品的整體情況。對于結構和功能要求較高的產(chǎn)品，相關人員可以先使用尖端設備和人工智能技術進行模型設計工作，再使用3D打印設備進行生產(chǎn)，這樣可以保證產(chǎn)品符合實際要求，降低問題的發(fā)生概率，減少人因失誤帶來的不利影響，為整個生產(chǎn)過程提供保障。借助智能化的生產(chǎn)模式，可以高度還原產(chǎn)品的設計特征，利用3D打印技術可以進一步實現(xiàn)產(chǎn)品模型設計的實物開發(fā)?；?D打印技術的生產(chǎn)工作本身就屬于一種科學有效的機械自動化生產(chǎn)模式，在智能化方面效果突出，能夠有效滿足生產(chǎn)的實際要求，對于后續(xù)的開發(fā)和優(yōu)化具有非常積極的意義，能夠有效提高其整體智能化水平。

3.3 基于3D打印技術的生態(tài)環(huán)保技術

從傳統(tǒng)機械制造業(yè)來看，在實際生產(chǎn)中如果環(huán)保工作不到位，極易產(chǎn)生大量的污染物，而且這一污染問題很難避免。雖然現(xiàn)階段相關企業(yè)已經(jīng)采用了各種環(huán)保技術來控制污染，但無法達到無害化的生產(chǎn)效果。因此，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式與當前的生態(tài)生產(chǎn)理念之間存在著很大的矛盾。在此背景下，機械制造業(yè)在實際發(fā)展中受到了很大程度的限制，無法滿足實際生產(chǎn)要求，并且需要采取更有效的方式調(diào)整其整體生產(chǎn)環(huán)節(jié)。采用3D打印技術可以有效地滿足生態(tài)環(huán)保的要求。3D打印設備一般采用計算機進行數(shù)字建模，然后進行實際生產(chǎn)[2]，這種生產(chǎn)模式強調(diào)一體化一次生產(chǎn)成型，沒有煩瑣的生產(chǎn)加工步驟，產(chǎn)品的設計和生產(chǎn)過程更加方便、靈活且環(huán)保。在打印生產(chǎn)的過程中，可以有效減少材料的浪費，保證材料的有效利用，因此，這是一種非常環(huán)保的生產(chǎn)方式，可以對行業(yè)可持續(xù)發(fā)展起到積極的推動作用。

4 3D打印技術對機械制造及自動化的影響

4.1 影響機械制造及自動化的行業(yè)格局

3D打印技術在機械制造及自動化生產(chǎn)中的運用具有非常明顯的優(yōu)勢，通過應用該技術，可以先根據(jù)計算機設置的數(shù)據(jù)生成相應的物體，然后通過打印機直接打印模型，無需工作人員的手動操作，可直接完成制造任務，進一步提高了生產(chǎn)效率，有效地降低了生產(chǎn)成本。從實際情況來看，在機械制造行業(yè)，3D打印技術的應用可以有效地改造傳統(tǒng)模式，使機械制造行業(yè)的生產(chǎn)工作不同于傳統(tǒng)的分散模式，可以減少區(qū)域壟斷的問題。通過這種方式，零部件供應商可以進行信息傳遞，從而有效優(yōu)化產(chǎn)業(yè)供應鏈，進而助力行業(yè)格局的調(diào)整。從傳統(tǒng)機械制造業(yè)來看，其是一個勞動力密集型、機器密集型的行業(yè)，在使用3D打印技術后，這種傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法將逐漸被淘汰，這證明3D打印技術可以有效地改變傳統(tǒng)機械制造業(yè)的生產(chǎn)格局。

4.2 影響機械制造及自動化的技術研發(fā)

利用3D打印技術可以打印三維立體的模型，制作成本相對較低，因此，相關技術人員應進一步強化對3D打印技術的研究。借助該技術，可以有效推進機械制造一體化建設及其自動化發(fā)展，使這一行業(yè)的技術研發(fā)工作得到有效優(yōu)化[3]。良好的技術在開發(fā)與利用之中，與工作人員的素養(yǎng)和設備的支持有非常緊密的關系。因此，在3D打印技術的不斷研發(fā)和改進中，將帶動機械制造和自動化技術的研究和變革。對此，需要將3D打印技術的研究與機械制造、自動化生產(chǎn)技術有效地結合起來，使技術之間形成更緊密的關系，促進其共同發(fā)展。

4.3 影響機械制造及自動化的生產(chǎn)效率

3D打印技術的使用改變了機械制造和自動化的生產(chǎn)效率。事實上，雖然我國人口眾多，企業(yè)在生產(chǎn)制造方面具有人力資源的優(yōu)勢，但人力成本投入過多，也會增加企業(yè)成本，浪費人力資源，難以有效提高整體生產(chǎn)效率。在使用3D打印技術后，可以改變機械制造和自動化生產(chǎn)的現(xiàn)狀，使其不受人力成本等相關問題的影響。通過將機械制造及自動化生產(chǎn)與3D打印技術相結合，可以進一步減少人力資源的消耗，利用機器生產(chǎn)代替手工勞動，而且自動化生產(chǎn)技術可以縮短生產(chǎn)所需的時間，用更少的時間和更低的人工成本，進一步提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，這對企業(yè)的長遠發(fā)展具有重要意義。

4.4 影響機械制造及自動化的人力配置

在過去的一段時間，勞動力資源一直是我國制造業(yè)發(fā)展的基礎，正因如此，我國吸引了大量的跨國企業(yè)，使得機械制造業(yè)取得了快速的發(fā)展和進步。但是，隨著現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展，機械制造和自動化的未來發(fā)展更加依賴于信息化和智能化技術，對單純的體力勞動的需求顯著降低[4]。從目前機械制造業(yè)的實際情況來看，相關企業(yè)對技術型人才的需求明顯增加，在此背景下，從事簡單加工工作的勞動力資源極易面臨失業(yè)的問題。在我國的長期建設中，由于對技術人才的重視不足，為機械制造業(yè)的發(fā)展造成了一定程度的制約，而3D打印技術的使用促進了機械制造業(yè)的發(fā)展和自動化技術的進步，有效地優(yōu)化了工藝流程并避免了生產(chǎn)工作受到內(nèi)外部相關因素的影響，在數(shù)字化生產(chǎn)的背景下，可以進一步改善機械生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的人力資源配置情況，減少傳統(tǒng)制造中對流水線作業(yè)的需求。

5 3D打印技術在機械制造及自動化中的應用

5.1 3D打印技術在制造工藝中的應用

首先，在3D打印技術的實際運用中，需要構建一個三維模型，然后需要通過粉狀材料形成模型，并通過軟件系統(tǒng)的參數(shù)設計和數(shù)據(jù)調(diào)整，實時完成整個生產(chǎn)任務。完工后，對剩余的原材料進行清洗和收集，可用于后續(xù)的生產(chǎn)制造，進一步提高原材料的利用效果。其次，在3D模型打印完成后，由計算機進行處理，然后傳輸?shù)?D打印機。原料經(jīng)反復加工后可重復利用，能夠有效提高產(chǎn)業(yè)價值[5]。在應用3D打印技術后，機械制造的效率和產(chǎn)值顯著提高，對機械制造及自動化技術的可持續(xù)發(fā)展具有非常積極的影響。

5.2 3D打印技術在環(huán)保工藝中的應用

應用3D打印技術可以產(chǎn)生更少的浪費和減少業(yè)務的損失，有效節(jié)約生產(chǎn)資源，使機械制造業(yè)的經(jīng)濟特征更加顯著。在我國執(zhí)行環(huán)保戰(zhàn)略的過程中，通過提出節(jié)能降耗的要求，為工業(yè)改革提供了基礎動力，使機械制造業(yè)不斷優(yōu)化和改進工藝，加強技術創(chuàng)新，提高整體管理水平。在實際應用3D打印技術后，產(chǎn)品材料實現(xiàn)了環(huán)保化應用，并且通過使用這一技術，可以提高可持續(xù)發(fā)展水平，以此生產(chǎn)的產(chǎn)品對環(huán)境友好，從而使機械制造行業(yè)實現(xiàn)綠色化發(fā)展，逐步向環(huán)保、高效目標邁進。

5.3 3D打印技術在智能發(fā)展中的應用

智能化發(fā)展是機械制造業(yè)的建設方向，利用3D打印技術，機械制造可以從傳統(tǒng)模式向智能模式不斷轉變，可以實時進行模型優(yōu)化和調(diào)整[6]。設計人員可以根據(jù)實際情況作出合理的設計選擇，使產(chǎn)品制作有更強的可選擇性。此外，在利用3D打印技術的過程中，可以有效利用智能技術對存在的問題和隱患進行分析并予以有效解決，從而實現(xiàn)機械制造的高效化、智能化發(fā)展，帶動機械制造行業(yè)整體結構的調(diào)整和優(yōu)化。

5.4 3D打印技術在科技研發(fā)中的應用

機械制造企業(yè)只有運用科學的理念，各類前沿技術才能得到有效實施并發(fā)揮應有的作用，從而進一步實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標。在3D打印技術的實際應用中，可以增強機械制造自動化的科學性和有效性，為機械制造業(yè)的發(fā)展提供更大的幫助[7]。例如，在實際的產(chǎn)品設計工作中，可以利用3D打印技術體現(xiàn)產(chǎn)品設計的科學性，并進行升級測試，使產(chǎn)品設計具有更廣闊的改進空間，為產(chǎn)品賦予更高的價值，促進制造業(yè)的智能化、科學化發(fā)展，并通過科學思想的有效運用，為3D打印產(chǎn)品的實際開發(fā)提供幫助，使其實現(xiàn)技術水平的進一步提升，借助3D打印技術擁有的高度個性化制作功能為產(chǎn)品設計、開發(fā)和制造提供便利。

5.5 3D打印技術在產(chǎn)品創(chuàng)新中的應用

隨著機械制造和自動化的發(fā)展，社會生產(chǎn)力得到了極大的提高，傳統(tǒng)的機械制造方式已經(jīng)不能滿足當前的實際需要，因此，相關企業(yè)需要基于設計角度實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新，提升整體創(chuàng)新水平，促進機械制造行業(yè)的環(huán)保、節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展。在機械制造和自動化生產(chǎn)中，零部件的生產(chǎn)要求企業(yè)重視質(zhì)量、突破產(chǎn)量。因此，企業(yè)需要在設計理念上進行全面創(chuàng)新，運用智能化生產(chǎn)技術，做到生產(chǎn)保質(zhì)保量[8]?；?D打印技術的應用，產(chǎn)品在設計上保證滿足多元化發(fā)展和環(huán)保要求，實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)展，達到節(jié)能降耗的整體效果，提高整體經(jīng)濟水平。通過利用先進工藝，3D打印技術可以得到有效的控制，解決生產(chǎn)過程中該技術本身存在的問題，進一步提升產(chǎn)品的價值。在這一過程中，可以有效地提高機械制造和自動化的發(fā)展水平，改變和創(chuàng)新原有的設計理念，確保產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)智能化、個性化發(fā)展。

6 結語

在經(jīng)濟快速發(fā)展的過程中，制造業(yè)取得了長足的進步，3D打印技術的運用在制造業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮了積極作用。3D打印技術的應用不僅可以使機械制造業(yè)實現(xiàn)快速變革，促進其進一步實現(xiàn)自動化，提高產(chǎn)品生產(chǎn)的效率，還可以保護環(huán)境、減少浪費。我國制造業(yè)的實際情況表明，3D打印技術在提供機遇的同時，也帶來了更大的挑戰(zhàn)。從目前機械制造行業(yè)的實際情況來看，3D打印技術的實際應用仍有很大的提升空間，需要不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝、完善管理流程、提高技術水平，進而保證3D打印技術在機械制造和自動化領域取得更好的效果。

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