郝澤芃

（景山學(xué)校遠洋分校，北京，100043）

引言

隨著3D打印技術(shù)的不斷完善，該技術(shù)具備的減少成本、提高運行效率優(yōu)勢的受關(guān)注程度不斷提升，機械自動化領(lǐng)域的3D打印技術(shù)應(yīng)用也開始成為研究的熱點，而為了保證3D打印技術(shù)較好服務(wù)于機械自動化的發(fā)展、加快3D打印技術(shù)實用化進程，正是本文圍繞該課題開展具體研究的原因所在。

1 D打印技術(shù)及其對機械自動化領(lǐng)域產(chǎn)生的影響

1.1 3D打印技術(shù)的概念分析

3D打印技術(shù)是一項具有綜合性特征的技術(shù)。3D打印技術(shù)的理論最初源自于機械制造學(xué)，但是隨著社會科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，這種技術(shù)又逐漸融合計算機學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科。3D打印技術(shù)不僅是世界第三次工業(yè)革命的關(guān)鍵標(biāo)志，而且是新工業(yè)興起的標(biāo)志。這種技術(shù)主要應(yīng)用的是逐層打印的方法，使原材料在不斷疊加的過程中完成塑型。當(dāng)前3D打印技術(shù)在很多領(lǐng)域都得到有效應(yīng)用，由于與普通打印機的應(yīng)用原理相似，因此操作比較便利。從機械自動化的角度來看，3D打印技術(shù)能夠使各項資源得到有效整合，并且實現(xiàn)更加個性化的制造。

1.2 3D打印技術(shù)的優(yōu)勢分析

作為一種基于快速成像原理的3D層面打印技術(shù)，3D打印技術(shù)具備智能化、定制化、生態(tài)化優(yōu)勢，具體優(yōu)勢如下所示：（1）智能化。3D打印技術(shù)的智能化優(yōu)勢源于計算機軟件的支持，而由此實現(xiàn)的傳統(tǒng)制造工藝與信息技術(shù)發(fā)展成果的結(jié)合，便能夠滿足人們的個性化需要。（2）定制化。受需求多樣化影響，近年來傳統(tǒng)制造業(yè)往往給人力有未逮之感，但3D打印技術(shù)取能夠通過計算機資源、結(jié)合個人需求實現(xiàn)私人定制，這同樣屬于該技術(shù)優(yōu)勢的具體展現(xiàn)。（3）生態(tài)化。相較于傳統(tǒng)技術(shù)，3D打印技術(shù)能夠大幅降低對周邊環(huán)境的污染，這使得3D打印技術(shù)能夠較好服務(wù)于我國資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會創(chuàng)建[1]。

1.3 3D打印技術(shù)產(chǎn)生的影響

隨著3D打印技術(shù)的不斷完善，3D打印技術(shù)對機械自動化領(lǐng)域的影響日漸顯現(xiàn)，這一影響主要體現(xiàn)在機械制造自動化格局調(diào)整領(lǐng)域。對于3D打印技術(shù)來說，基于數(shù)據(jù)資料創(chuàng)作相應(yīng)模型輸入其主要結(jié)構(gòu)格局，而相較于傳統(tǒng)的機械自動化生產(chǎn)，3D打印技術(shù)的應(yīng)用可實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的提升、產(chǎn)品類型的增多、生產(chǎn)周期的縮短，以往難以被生產(chǎn)或生產(chǎn)成本較高的結(jié)構(gòu)特殊產(chǎn)品也能夠在3D打印技術(shù)的支持下實現(xiàn)輕松生產(chǎn)。在筆者的實際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，近年來國內(nèi)外很多大型企業(yè)開始投身基于3D打印技術(shù)的機械自動化領(lǐng)域研究，我國很多高校也開設(shè)了相關(guān)專業(yè)，可見3D打印技術(shù)對機械自動化領(lǐng)域格局產(chǎn)生影響的重要與深遠[2]。

2 3D打印技術(shù)在機械自動化領(lǐng)域的具體應(yīng)用

3D打印技術(shù)的應(yīng)用原理與一般打印機異曲同工，但是普通打印機只能打印平面物體，而3D打印技術(shù)則能直接將物體進行還原。3D打印技術(shù)主要以計算機、數(shù)學(xué)建模等技術(shù)作為應(yīng)用原理，在節(jié)約制造時間的前提下實現(xiàn)實物構(gòu)造，將電子設(shè)計模型直接還原，并且以立體化的形式呈現(xiàn)出來，當(dāng)前3D打印技術(shù)在很多領(lǐng)域都得到有效應(yīng)用，尤其是機械自動化領(lǐng)域。具體來看，該技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

2.1 SLM技術(shù)的具體應(yīng)用

SLM技術(shù)屬于3D打印技術(shù)的重要組成，因此近年來3D打印SLM技術(shù)在機械自動化領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)的較為廣泛應(yīng)用必須得到關(guān)注。3D打印SLM技術(shù)具備加工標(biāo)準(zhǔn)金屬致密度超過 99%、力學(xué)性能較為優(yōu)秀、所加工零件可后期焊接等優(yōu)勢，這使得近年來3D打印SLM技術(shù)廣泛應(yīng)用于小批量零件生產(chǎn)、原型制作、注射模具等領(lǐng)域，而結(jié)合3D打印SLM技術(shù)的應(yīng)用探索不難發(fā)現(xiàn)，3D打印SLM技術(shù)能夠滿足機械自動化發(fā)展需求，這種需求的滿足主要體現(xiàn)在金屬零件組裝合理性保障、直觀表達金屬零件截面輪廓數(shù)據(jù)參數(shù)，而在技術(shù)原理支持下，3D打印SLM技術(shù)能夠使用相應(yīng)金屬粉末實現(xiàn)三維金屬零件的自動化堆積。從機械自動化角度開展分析不難發(fā)現(xiàn)，3D打印SLM技術(shù)的應(yīng)用解決了傳統(tǒng)金屬零件加工制作模式的弊端，而這就為機械自動化推進、金屬零件加工制造效率提升提供了有力支持。但在3D打印SLM技術(shù)的應(yīng)用實踐探索中，該技術(shù)存在的價格昂貴、速度偏低不足也必須得到關(guān)注，這種不足不僅出現(xiàn)于我國機械自動化領(lǐng)域的3D打印SLM技術(shù)應(yīng)用，更屬于現(xiàn)有技術(shù)下3D打印SLM技術(shù)存在的缺陷，因此業(yè)界必須在SLM設(shè)備的優(yōu)化研發(fā)領(lǐng)域投入高度關(guān)注，以此不斷提升3D打印SLM技術(shù)的性價比、解決其自身缺陷，機械自動化領(lǐng)域便能夠獲得充足的發(fā)展動力?？傊噍^于傳統(tǒng)機械自動化領(lǐng)域的金屬零件加工，3D打印SLM技術(shù)具備多方面優(yōu)勢，該技術(shù)應(yīng)用實現(xiàn)的機械自動化設(shè)備重組效果提升也將為該領(lǐng)域的發(fā)展提供支持[3]。

2.2 增材技術(shù)的具體應(yīng)用

增材技術(shù)是3D打印技術(shù)在機械自動化領(lǐng)域中的典型應(yīng)用，這種技術(shù)主要應(yīng)用的是疊加原理，使原材料在不斷增加的過程中完成塑性[4]。在實際應(yīng)用中，可以先設(shè)定三維坐標(biāo)，然后采用離散原理和堆積原理對坐標(biāo)進行切片，從而使實物得到直觀的展示。由于增材技術(shù)在應(yīng)用中還融合數(shù)學(xué)分析法、數(shù)學(xué)建模法、圖像仿真技術(shù)、圖像處理技術(shù)、機電技術(shù)等諸多領(lǐng)域的方法，因此也存在較多的局限性，例如在金屬材料成型的過程中，必須對材料分組進行合理控制，這是因為增材技術(shù)在實際應(yīng)用中會使原材料層層堆積，如果不對堆積的過程進行控制，就會導(dǎo)致金屬表面產(chǎn)生氧化現(xiàn)象，或者由于厚度過大使實物的精度受到影響。在對比較粗糙的表面進行處理時，必須采用多光束配合制造，并且保證各個光束的熱量和頻率保持一致。

2.3 3D打印技術(shù)與CNC技術(shù)的整合

3D打印技術(shù)在實際應(yīng)用中會不斷疊加原材料，從而達到最終的造型，而CNC技術(shù)在應(yīng)用中則會不斷的削減材料，從而達到塑型的目的，將3D打印技術(shù)應(yīng)用于機械自動化加工時，必須將3D打印技術(shù)和CNC技術(shù)相結(jié)合，在相互補充的基礎(chǔ)上實現(xiàn)制造工藝流程的進一步簡化和制造效率的提升。傳統(tǒng)機械自動化制造中數(shù)控技術(shù)只能應(yīng)對工藝相對簡單的產(chǎn)品，但是在復(fù)雜工藝應(yīng)用中存在一定的局限性，而3D打印技術(shù)與CNC技術(shù)的結(jié)合能夠有效轉(zhuǎn)變這一現(xiàn)狀，使數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域得到有效拓展，從而使模具設(shè)計和加工的成本得到有效控制，原材料也不會在制造過程中發(fā)生浪費現(xiàn)象。

2.4 3D打印技術(shù)與機械自動化的整合

簡單了解3D打印SLM技術(shù)在機械自動化領(lǐng)域的應(yīng)用后，3D打印技術(shù)與機械自動化的整合趨勢也必須得到業(yè)界人士關(guān)注[5]。3D打印技術(shù)的原理與傳統(tǒng)打印機類似，其應(yīng)用流程可簡單描述為“有序噴出材料→采用高科技手段進行高效定型”，而隨著機械自動化領(lǐng)域的不斷推進，如何進一步降低成本、更好滿足市場需求已經(jīng)成為機械自動化領(lǐng)域的共同追求，這一追求的滿足便可以通過引入3D打印技術(shù)實現(xiàn)，由此實現(xiàn)3D打印技術(shù)與機械自動化的整合，機械自動化領(lǐng)域進一步發(fā)展必將面臨的轉(zhuǎn)型升級困難、產(chǎn)品質(zhì)量提升困難等問題將輕松解決，3D打印技術(shù)與機械自動化領(lǐng)域的原有優(yōu)勢也將實現(xiàn)高質(zhì)量整合。值得注意的是，雖然3D打印技術(shù)具備多方面優(yōu)勢，但考慮到該技術(shù)距發(fā)展完善尚存在一定距離，業(yè)內(nèi)人士不應(yīng)單純的將3D打印技術(shù)視作傳統(tǒng)機械自動化的對立面，只有真正認識到3D打印技術(shù)與機械自動化的整合基礎(chǔ)與前景，我國機械自動化行業(yè)才能夠獲得更為強勁的發(fā)展動力。

3 結(jié)束語

綜上所述，3D打印技術(shù)在機械自動化領(lǐng)域的應(yīng)用具備較為廣闊前景，在此基礎(chǔ)上，本文涉及的3D打印SLM技術(shù)的具體應(yīng)用、3D打印技術(shù)與機械自動化的整合，則提供了可行性較高的3D打印技術(shù)機械自動化領(lǐng)域應(yīng)用路徑，而為了推動3D答應(yīng)技術(shù)的更深入應(yīng)用，3D打印設(shè)備、技術(shù)的深化研究必須得到業(yè)內(nèi)人士關(guān)注。

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

[2]魏云虎.探討3D打印技術(shù)在機械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].時代農(nóng)機,2017.

[3]王衛(wèi)勇.基于 3D 打印技術(shù)分析機械制造自動化的革新路徑[J].現(xiàn)代職業(yè)教育,2017,27:178.

[4]汪小名，樊學(xué)良.3D打印技術(shù)在機械制造自動化中的應(yīng)用[J].自動化與儀器儀表,2018.

[5]白龍.淺談3D打印SLM技術(shù)在機械自動化加工中的應(yīng)用[J].科技經(jīng)濟導(dǎo)刊,2018.