李文雅

摘要： 本文從3D打印技術(shù)發(fā)展入手，分析了3D打印技術(shù)的原理和分類，創(chuàng)新性地將其融入到選礦機(jī)械方向，從選礦機(jī)械教學(xué)、零件修復(fù)、展示宣傳、新設(shè)備研發(fā)四個(gè)方面探討了3D打印的應(yīng)用。分析表明：3D打印技術(shù)將會(huì)對(duì)傳統(tǒng)的選礦機(jī)械行業(yè)產(chǎn)生變革性的影響，具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展?jié)摿途薮蟮慕?jīng)濟(jì)效益。

Abstract： Based on the development of 3D printing technology， this paper analyzed the principle and classification of 3D printing technology， incorporated it into the mineral processing machinery direction innovatively， discussed the application of 3D printing from mineral processing machinery teaching， repair parts， display of publicity， new product research. The analysis shows， 3D printing technology will have a transformative impact on the traditional mineral processing machinery industry， and have long-term development potential and enormous economic benefits.

關(guān)鍵詞： 選礦機(jī)械；3D打??；教學(xué)設(shè)計(jì)；零件修復(fù)

Key words： mineral processing machinery；3D printing；instructional design；parts repair

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）22-0185-02

0 引言

3D打印技術(shù)是制造業(yè)領(lǐng)域正在快速發(fā)展的新興技術(shù)，以其數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、個(gè)性化、定制化等特點(diǎn)，被譽(yù)為是“推動(dòng)第三次工業(yè)革命的重要生產(chǎn)工具”[1]，3D打印技術(shù)對(duì)我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展起著極其重要的推動(dòng)作用，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，包括航空航天、武器裝備、工業(yè)設(shè)計(jì)與制造、醫(yī)療、文化、珠寶首飾、建筑等多個(gè)不同行業(yè)[2-5]。2013年，國(guó)家科技部公布《國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863技術(shù)）》和《國(guó)家科技支撐計(jì)劃制造領(lǐng)域項(xiàng)目征集指南》中，3D打印技術(shù)首次入選，限期我國(guó)眾多學(xué)者對(duì)3D打印技術(shù)深入研究，發(fā)現(xiàn)其具有的快速性、準(zhǔn)確性及擅長(zhǎng)制作任意復(fù)雜形狀的特性，能夠有效推動(dòng)我國(guó)各行各業(yè)快速發(fā)展。但是目前3D打印技術(shù)很少提到選礦機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用，將兩者融合是選礦機(jī)械發(fā)展方向的全新嘗試。

1 3D打印原理及分類

3D打印（3 Dimensional Printing，三維打印）的學(xué)名為增材制造（material additive manufacturing），是以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，利用粉末狀金屬、熱熔性塑料、光固化樹(shù)脂、陶瓷粉末等可粘接材料，通過(guò)逐層打印疊加而制造復(fù)雜形狀零件的方法。主要的分類為[6]：

①SLA光固化成型技術(shù)：以光敏樹(shù)脂為原料，激光照射后樹(shù)脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而固化，形成零件的一個(gè)薄層，逐層累積。

②FDM熔融層積成型技術(shù)：將絲狀的熱熔性材料加熱融化，選擇性地涂敷在工作臺(tái)上，快速冷卻后形成一層截面，一層一層堆積直至形成整個(gè)實(shí)體。

③SLS選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)：通過(guò)預(yù)先在工作臺(tái)上鋪一層粉末材料，然后讓激光對(duì)粉末進(jìn)行燒結(jié)，然后不斷循環(huán)，層層堆積成型。

④LOM分層實(shí)體制造法。根據(jù)零件分層集合信息切割材和紙等，將所獲得的層片粘接成三維實(shí)體。

2 3D打印技術(shù)在選礦機(jī)械方向的應(yīng)用

2.1 選礦機(jī)械教學(xué)

目前，我國(guó)高校的選礦機(jī)械教學(xué)多數(shù)采用的是傳統(tǒng)的PPT教學(xué)模式[7]，即教師多使用語(yǔ)言、文字和圖片描述教學(xué)內(nèi)容，盡管利用UG、SolidWorks、ADAMS、Proe、Catia等三維建模軟件能夠?qū)崿F(xiàn)選礦機(jī)械的三維可視化，但多媒體課件展示的教學(xué)三維模型也無(wú)法使學(xué)生直接接觸和觀察選礦機(jī)械的實(shí)際結(jié)構(gòu)和工作原理。而形象直觀的選礦機(jī)械模型定制花費(fèi)很高，有些甚至是無(wú)法定制的，因此很少有學(xué)校進(jìn)行配備。而且需要專門(mén)的教學(xué)設(shè)備制作公司制造，更新速度慢，根本無(wú)法適用現(xiàn)代選礦機(jī)械多變化、多樣化、迅速發(fā)展的特性。

3D打印則提供了無(wú)限的創(chuàng)造空間，教師可以方便地自主制作和打印選礦機(jī)械模型，以形象直觀可觸摸的三維模型展示教材中提取的二維信息，并可設(shè)計(jì)個(gè)性化教學(xué)模型來(lái)適應(yīng)課堂教學(xué)內(nèi)容的多變化，學(xué)生也可以觀察、觸摸和組裝選礦機(jī)械零件模型，將很大程度加深學(xué)生對(duì)于選礦機(jī)械的實(shí)際結(jié)構(gòu)、原理等的理解。3D打印也可以進(jìn)行選礦機(jī)械的實(shí)踐教學(xué)，讓學(xué)生從選礦機(jī)械的設(shè)計(jì)到打印全部參與，促進(jìn)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、觀察能力和動(dòng)手能力，進(jìn)一步提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.2 選礦機(jī)械零件修復(fù)

選礦機(jī)械屬于大型機(jī)械設(shè)備，造價(jià)昂貴，缺少備件，工作環(huán)境惡劣，容易產(chǎn)生損壞，損傷模式復(fù)雜，造成維修成本較大，一旦出現(xiàn)損壞，會(huì)造成生產(chǎn)線中斷，出現(xiàn)較大經(jīng)濟(jì)損失。選礦機(jī)械的易損零部件可分為直接工作件類、結(jié)構(gòu)件類型、傳動(dòng)系統(tǒng)件類三種，如顎式破碎機(jī)的顎板、跳汰機(jī)篩板、傳動(dòng)齒輪等，目前采用激光熔覆技術(shù)來(lái)修復(fù)受損表面，但其沒(méi)有三維造形功能，因此無(wú)法恢復(fù)設(shè)備易損零部件的待修復(fù)區(qū)結(jié)構(gòu)原形，僅僅實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的涂覆，后期還需要進(jìn)一步打磨等后處理工藝[8]，而3D打印激光成形修復(fù)技術(shù)解決了激光熔敷技術(shù)在成形方面的缺陷，綜合了三維成形與表面強(qiáng)化技術(shù)的特長(zhǎng)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)多材料的復(fù)合制造，利用Fe基、Co基、Ni基等可熔金屬作為粘接劑，并加入TiC、ZrO2、SiC、Al2O3等陶瓷作為增強(qiáng)相修補(bǔ)至易磨損部分，使得零件的耐磨性、硬度得到大幅提升，適合用于解決選礦機(jī)械的受損修復(fù)問(wèn)題，可以迅速精確地實(shí)現(xiàn)受損設(shè)備的維修保障，它將會(huì)是未來(lái)顛覆傳統(tǒng)機(jī)械加工設(shè)備維修保障技術(shù)的手段。

2.3 選礦機(jī)械宣傳展示

選礦機(jī)械由于體積大、重量大，難以搬運(yùn)等特點(diǎn)，因此國(guó)際國(guó)內(nèi)設(shè)備展覽會(huì)，如加拿大多倫多國(guó)際礦業(yè)展覽會(huì)、南非國(guó)際礦山機(jī)械展覽會(huì)、全國(guó)礦物加工前沿技術(shù)與裝備大會(huì)上進(jìn)行展示時(shí)需要耗費(fèi)龐大的人力、物力和財(cái)力，若只進(jìn)行部分小型設(shè)備展覽，或者設(shè)備宣傳片的播放，可以達(dá)到節(jié)約成本的目的，但根本達(dá)不到預(yù)期的宣傳效果。將3D打印技術(shù)應(yīng)用于選礦機(jī)械展示中，以打印選礦機(jī)械模型取代實(shí)體機(jī)械設(shè)備，可以大大節(jié)省搬運(yùn)、安裝過(guò)程中造成的損耗，完全可以取代傳統(tǒng)的單一平面宣傳方式。

2.4 新選礦設(shè)備研發(fā)

選礦機(jī)械開(kāi)發(fā)周期的縮短，意味著設(shè)備能夠盡快投入生產(chǎn)，但選礦機(jī)械設(shè)備的原型機(jī)制作將花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，并且原型機(jī)的測(cè)試需要對(duì)產(chǎn)品原型進(jìn)行性能測(cè)試和嚴(yán)格的工程評(píng)價(jià)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷的及時(shí)反饋，盡最大可能地降低選礦機(jī)械設(shè)備開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。采用3D打印技術(shù)可大大縮短選礦機(jī)械原型機(jī)的制作時(shí)間，從以往的幾個(gè)月縮短至幾個(gè)星期甚至幾天，及時(shí)實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)的快速響應(yīng)[9]。

目前選礦機(jī)械多為組裝結(jié)構(gòu)，有些組裝結(jié)構(gòu)增加的產(chǎn)品的質(zhì)量、體積、復(fù)雜程度和故障幾率，在生產(chǎn)和裝配過(guò)程中浪費(fèi)大量的人力物力，而3D打印采用增材制造，使得結(jié)構(gòu)一體化，不僅提高了生產(chǎn)效率，也提高了零件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和可靠性，使得復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)和原理得以簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)，讓制造和裝配工藝不再是設(shè)計(jì)師想象力的束縛。

3 總結(jié)

本文創(chuàng)新性地將3D打印融入選礦機(jī)械方向，主要從選礦機(jī)械教學(xué)、選礦設(shè)備修復(fù)、展示宣傳、新設(shè)備研發(fā)闡述了3D打印的應(yīng)用，其快速性、準(zhǔn)確性及擅長(zhǎng)制作任意復(fù)雜形狀的特性，將會(huì)對(duì)傳統(tǒng)的選礦機(jī)械行業(yè)產(chǎn)生變革性的影響，是選礦機(jī)械行業(yè)一個(gè)全新的發(fā)展方向，具有潛在的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和廣闊的應(yīng)用前景，將在選礦機(jī)械領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

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