周建波

摘 要：3D打印技術(shù)的成影速度快，材料的利用率達(dá)到了很高的程度。隨著其打印速度的加快，生產(chǎn)周期也被大大縮短了，質(zhì)量得到了保障。深入研究和分析了3D打印技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用情況，并提供了一些新的發(fā)展思路，希望可以為這項(xiàng)事業(yè)日后的發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；機(jī)械制造；打印速度；打印原理

中圖分類號(hào)：TH16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.036

第三次工業(yè)革命最早是在2012年由英國(guó)的一本重要雜志中出現(xiàn)的。它指出，現(xiàn)代先進(jìn)的工業(yè)制造領(lǐng)域還將會(huì)經(jīng)歷第二次工業(yè)革命（電氣時(shí)代）之后的第三次工業(yè)革命。這次工業(yè)革命是以因特網(wǎng)為基礎(chǔ)，將新技術(shù)、新材料等有機(jī)結(jié)合起來(lái)，將工業(yè)革命的重心放在了“數(shù)字化技術(shù)”上。同時(shí)，它還指出，數(shù)字化技術(shù)將會(huì)影響以后的市場(chǎng)元素，甚至是全球市場(chǎng)范圍內(nèi)的元素分配方式。

近幾年，特別是2010年以后，3D打印技術(shù)在機(jī)械制造中發(fā)揮了非常重要的作用，已經(jīng)成為了先進(jìn)科技的代表。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，3D打印技術(shù)已經(jīng)在機(jī)械制造領(lǐng)域取得了較大的發(fā)展，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且國(guó)家也為這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和壯大提供了較多經(jīng)濟(jì)和政策方面的支持。但是，在國(guó)內(nèi)，這種技術(shù)處于起步階段，甚至可以說(shuō)是萌芽階段，它在機(jī)械制造方面所發(fā)揮的作用和帶來(lái)的效益不是很明顯。因此，必須大力發(fā)展3D打印技術(shù)，將之與實(shí)際社會(huì)生產(chǎn)工作相結(jié)合，充分發(fā)揮其作用。

1 3D打印技術(shù)的起源和發(fā)展

世界上第一臺(tái)打印設(shè)備是于1984年在美國(guó)生產(chǎn)出的。經(jīng)過(guò)了多年的發(fā)展和完善，3D打印技術(shù)已經(jīng)取得了巨大的發(fā)展。特別是進(jìn)入21世紀(jì)以后，隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，打印技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展，出現(xiàn)的頻率越來(lái)越高，逐漸成為了現(xiàn)代機(jī)械制造領(lǐng)域的重要支柱技術(shù)之一。而我國(guó)第一臺(tái)打印設(shè)備是在1994年由北京一家有限公司引進(jìn)的，在加工材料、人工假牙、自行車架、航空航天、藝術(shù)品等多種領(lǐng)域都取得了較大的發(fā)展，進(jìn)一步推動(dòng)了我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和高新技術(shù)的發(fā)展。

2 3D打印技術(shù)的原理

3D打印技術(shù)聽(tīng)起來(lái)好像很復(fù)雜的樣子，其實(shí)它就是利用三維仿真軟件，以縱坐標(biāo)軸為方向，將原先設(shè)計(jì)好的模型分割成多個(gè)有限平面，在生成3D實(shí)體時(shí)，采用分層加工與疊加相結(jié)合的方法，以此形成等比例的模型。它的工作原理主要有以下2點(diǎn)：①3D打印機(jī)采用三維成形的方法，將原材料放在加工平臺(tái)上，經(jīng)過(guò)碾壓成為薄層，然后加上黏合劑，使原材料快速凝固成固體。完成這些工作之后，工作臺(tái)會(huì)根據(jù)原先設(shè)定好的數(shù)據(jù)不斷地打印。待打印完之后，它會(huì)自動(dòng)清理打印臺(tái)上沒(méi)有被使用的材料。②依據(jù)熔融固化技術(shù)打印的3D打印機(jī)，是先將打印的模型輸入電腦程序中，打印機(jī)中的自動(dòng)控制程序會(huì)根據(jù)電腦中的模型自動(dòng)規(guī)劃出打印路線，從而將模型打印出來(lái)。具體過(guò)程是，打印機(jī)的打印頭根據(jù)電腦程序的指示，自動(dòng)依據(jù)二維實(shí)體的運(yùn)動(dòng)路徑在平面上噴出一層薄面，熔融后凝聚在工作臺(tái)上，經(jīng)過(guò)裝置冷卻后形成一層三維薄面。最后，電腦控制打印頭不斷地重復(fù)，層層疊加，直至形成需要的三維圖案。

3 3D打印技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用

3D打印技術(shù)就是“增材制造”，將原材料多層疊加，平面工作臺(tái)自動(dòng)升降，將零部件從無(wú)到有地生產(chǎn)、加工出來(lái)。與傳統(tǒng)的零部件加工方法不同，這項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)為零部件加工制造領(lǐng)域帶來(lái)了一場(chǎng)新的變革。

3.1 產(chǎn)品的發(fā)展速度明顯加快

在21世紀(jì)以前，要想開(kāi)發(fā)一個(gè)新產(chǎn)品，特別是那些構(gòu)造比較復(fù)雜、難度系數(shù)很大的產(chǎn)品，需要很多的生產(chǎn)設(shè)備同時(shí)進(jìn)行，一個(gè)零部件的生產(chǎn)需要很多設(shè)備的支持。盡管如此，很多加工、制造出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量不過(guò)關(guān)，不能滿足社會(huì)生產(chǎn)和市場(chǎng)的需要。而過(guò)關(guān)的產(chǎn)品也要經(jīng)歷市場(chǎng)的檢驗(yàn)，經(jīng)過(guò)多次修改之后才能正式大規(guī)模生產(chǎn)。這就導(dǎo)致生產(chǎn)周期過(guò)長(zhǎng)，浪費(fèi)了大量的人力、物力和財(cái)力。但是，采用3D打印技術(shù)后，設(shè)備就能得到最大程度的解放，一臺(tái)打印機(jī)就完成了以前好幾臺(tái)設(shè)備才能完成的工作，并且也有效解決了產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。

3.2 設(shè)計(jì)理念的轉(zhuǎn)換

與以前傳統(tǒng)的機(jī)械制造方式相比，對(duì)于以前復(fù)雜的程序，現(xiàn)在可以利用3D打印技術(shù)很快解決，被加工的零部件的穩(wěn)定性也顯著提高了，極大地簡(jiǎn)化了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工過(guò)程。除此之外，對(duì)于那些千變?nèi)f化、穩(wěn)定性要求很高的零件，主要以航空零件為主，它們都是由成百上千個(gè)零件組成的，采用了3D打印技術(shù)之后，可以很快地將之壓縮為幾個(gè)小零件，有效提高了工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量，為航空航天事業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了極大的便利。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了滿足市場(chǎng)對(duì)小部件強(qiáng)度、精度、剛度等方面的要求，我們必須不斷改進(jìn)和完善機(jī)械制造方面的打印質(zhì)量，完善我國(guó)的3D打印技術(shù)。同時(shí)，國(guó)家也應(yīng)該大力扶持相關(guān)研究機(jī)構(gòu)，加強(qiáng)對(duì)3D打印技術(shù)的培訓(xùn)工作，讓更多人了解這項(xiàng)技術(shù)，努力提升我國(guó)的3D打印技術(shù)水平。另外，還要積極引進(jìn)西方的先進(jìn)技術(shù)，讓我國(guó)的打印技術(shù)與世界一流水平接軌，甚至超過(guò)世界一流國(guó)家的打印水平。

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〔編輯：白潔〕