機械制造中3D打印技術的應用

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摘要：3D打印技術作為第四次工業(yè)革命標志性生產(chǎn)工具和熱門技術，是“中國制造2025”的制造業(yè)創(chuàng)新中心建設工程的技術支撐，更是推動機械數(shù)字化設計與制造創(chuàng)新的主抓手，有助于實現(xiàn)機械制造轉型升級。文章闡述了3d打印技術原理，分析其在機械制造行業(yè)中的創(chuàng)新應用及應用優(yōu)勢，以期促進3D打印技術與機械制造深度融合和發(fā)展，提升機械制造行業(yè)的社會經(jīng)濟效益。

關鍵詞：3D打印技術；機械制造；應用

13D打印技術概述

作為第四次工業(yè)革命標志性生產(chǎn)工具的3D打印技術，又稱增材制造技術是基于三維數(shù)字模型設計，運用高能束源或其他方式將粉末狀金屬、熔融體、塑料等特殊粘合材料，逐層打印再自下而上地堆積粘結構造成三維實體模型的過程。主要借助數(shù)字建模、計算機輔助設計（CAD）或三維測量等軟件將產(chǎn)品結構數(shù)據(jù)化，和3D打印設備將產(chǎn)品設計思想快速、直接、自動、準確地落地實現(xiàn)，制造具有一定功能的設計產(chǎn)品。為設計思想驗證、校驗，產(chǎn)品原型制作等工作提供一種快速、高效、低成本的實現(xiàn)手段。

23D打印技術在機械制造的特點和應用優(yōu)勢

3D打印技術特點為小批量、個性化生產(chǎn)；制造生產(chǎn)周期短；材料利用率高；生產(chǎn)成本低、效率高。在機械制造的應用優(yōu)勢如下。

2.1智能化制造生產(chǎn)

機械制造的智能化、自動化是其發(fā)展核心方向。3D打印技術原理充分利用計算機各類智能軟件程序對機械產(chǎn)品進行數(shù)字量化、虛擬設計，再通過打印設備將產(chǎn)品定型打印，這體現(xiàn)了智能化制造，實現(xiàn)機械設計到機械成型的快速高精度轉化。機械制造行業(yè)由3D打印技術的加持，勢必實現(xiàn)智能化制造生產(chǎn)的轉型升級，更科學高效地生產(chǎn)符合人們需求的機械產(chǎn)品[1]。

2.2個性化定制制造生產(chǎn)

與傳統(tǒng)機械制造相比，3D打印技術應用有小批量、個性化生產(chǎn)的技術特點和應用優(yōu)勢?？梢跃W(wǎng)絡平臺為應用需求點來滿足人們追求個性化，將客戶群體由小批量訂購的企業(yè)擴展至小群體客戶甚至個人[2]。如服裝類、激光刻字等定制產(chǎn)品需求量越來越多，3D打印技術可快速將個性化創(chuàng)意變現(xiàn)，個性化產(chǎn)品快速生成，降低設計制造成本和縮短設計生成時間，更好地滿足顧客的定制需求，提高顧客滿意度。

2.3優(yōu)化機械制造流程

一般機械設計至制造流程包括預想產(chǎn)品市場需求調(diào)研、設計草圖和功能預設、結構設計至模型制作、產(chǎn)品模型評估分析、設計優(yōu)化、產(chǎn)品定型等，這需要反復對模型評估和設計優(yōu)化，其流程較為復雜，對材料資源、時間和設計精力消耗較大，卻其設計效率和產(chǎn)品質量與機械產(chǎn)品有偏差，致使機械設計制造成本高。但3D打印的應用，可快速打印出產(chǎn)品模型，直觀評估產(chǎn)品功能和驗證產(chǎn)品設計的科學性和合理性，進而調(diào)整設計方向、優(yōu)化流程和降低設計成本，對設計要求高、產(chǎn)品類型變動多的機械制造適用性強[3-4]。此外，從制造經(jīng)濟的角度來說，與機械制造相關的3D打印技術體表現(xiàn)出全方位的機械制造優(yōu)勢，關鍵是制造精度得以保障，簡化和縮短機械制造流程，全面提高機械制造實效性和生產(chǎn)效率。

33D打印技術在機械制造中的應用

3.1三維測量與模型重建

在機械制造中的三維測量和三維重建應用，是利用3D傳感和三維掃描儀完成的。通過三維掃描儀的3D傳感攝像頭掃描捕捉機械產(chǎn)品三維輪廓，再使用垂直腔面發(fā)射激光器、衍射光學元件等3D傳感元器件配合數(shù)模算法對機械產(chǎn)品進行三維測量和模型重建。其掃描精度高、應用快速便捷等優(yōu)勢，能加速機械制造自動化和互聯(lián)網(wǎng)智能化發(fā)展，有助于轉變發(fā)展方式和制造業(yè)的轉型升級，進而增強企業(yè)產(chǎn)品的市場核心競爭力[5]。

3.2機械產(chǎn)品數(shù)字化設計與制造

3D打印技術在機械產(chǎn)品創(chuàng)新和數(shù)字化設計制造應用已成為必然趨勢。通過數(shù)字化設計制造集成系統(tǒng)實現(xiàn)產(chǎn)品設計、產(chǎn)品三維建模與仿真以及虛擬裝配以及虛擬制造、產(chǎn)品制造等全周期機械制造。因具有直接成型、成本低、開發(fā)周期短、綠色制造、柔性化制造等優(yōu)點，在機械原型產(chǎn)品設計與制造中大多會利用3D打印技術來縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，提高設計效率。

3.3逆向建模的機械制造設計

逆向建模有別于機械產(chǎn)品正向設計的，通過技術手段對產(chǎn)品進行逆向分析和研究，利用CAD等三維建模軟件和3D打印設備，推算演繹該產(chǎn)品的結構特征、功能特點、技術規(guī)格及生產(chǎn)工藝等設計要素，實現(xiàn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代和“從有到新”的產(chǎn)品設計過程。其內(nèi)容主要有3D掃描、逆向建模、軟件應用、3D打印制作等，可利用3D掃描儀對被逆向建模的物件進行掃描，數(shù)據(jù)收集，三維模型重構，再對模型進行參數(shù)調(diào)整、結構優(yōu)化等設計，實現(xiàn)對原模型再復制和創(chuàng)新設計。

4結束語

當前，3D打印技術在機械制造應用廣泛，對機械制造和產(chǎn)品設計的智能化和數(shù)字化水平有顯著提高，設計理念得以更新，設計成本得以節(jié)約，縮短機械制造產(chǎn)品設計周期。也是機械制造企業(yè)發(fā)展的核心內(nèi)容，確保機械制造升級轉型步伐加快，增強企業(yè)競爭力，提高企業(yè)生產(chǎn)效率，企業(yè)質量效益穩(wěn)步提升。

參考文獻：

[1]王利,黎志勇.3D打印技術在機械產(chǎn)品數(shù)字化設計與制造中的應用[J].內(nèi)燃機與配件,2018(20):215-216.

[2]夏端武,薛小鳳.3D打印技術對機械制造業(yè)產(chǎn)生的影響[J].機械設計與制造,2016(12):184-186.

[3]鄭經(jīng)偉,姚蓉.3D打印在機械制造領域的應用[J].信息記錄材料,2017,18(7):17-18.

[4]扈恩同.3D打印技術在機械制造中的應用研究[J].世界有色金屬,2018(1):42-43.

作者：郭小燕 單位：山西機電職業(yè)技術學院