曲鑫

（大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司，黑龍江 大慶 163000）

隨著科技的發(fā)展，3D打印技術(shù)越來(lái)越普及，目前已經(jīng)大量轉(zhuǎn)為民用，它屬于快速成形技術(shù)的一種，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層堆疊累積的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)（即“積層造形法”）。3D打印技術(shù)目前已經(jīng)應(yīng)用在模具制作、模型制作、金屬配件、建筑行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)（比如髖關(guān)節(jié)或牙齒）等等。因此借此機(jī)會(huì)引用新技術(shù)、新科技，或?qū)⑼七M(jìn)3D打印技術(shù)應(yīng)用的持續(xù)發(fā)展。

1 3D打印技術(shù)分類

1.1 SLA技術(shù)3D打印機(jī)

SLA技術(shù)主要用于制造多種模具、模型等；還可以在原料中通過(guò)加入其它成分，用SLA原型模代替熔模精密鑄造中的蠟?zāi)！?/p>

1.2 SLS技術(shù)3D打印機(jī)

Selective Laser Sintering選擇性激光燒結(jié)（以下簡(jiǎn)稱 SLS）技術(shù)。選擇性激光燒結(jié)是采用激光有選擇地分層燒結(jié)固體粉末，并使燒結(jié)成型的固化層層疊加生成所需形狀的零件。

1.3 LOM技術(shù)3D打印機(jī)

分層實(shí)體制造法Laminated Object Manufacturing，LOM層疊法成形，它以片材（如紙片、塑料、薄膜或復(fù)合材料）為原材料。激光切割系統(tǒng)按照計(jì)算機(jī)提取的橫截面輪廓線數(shù)據(jù)，將背面涂有熱熔膠的紙用激光切割出工件的內(nèi)外輪廓。切割完一層后，送料機(jī)構(gòu)將新的一層紙疊加上去，利用熱粘壓裝置將已切割層粘合在一起，然后再進(jìn)行切割，這樣一層層地切割、粘合，最終成為三維工件。

1.4 FDM技術(shù)3D打印機(jī)

熔 積 成 型（FDM—Fused Deposition Modeling）法,該方法使用絲狀材料（石蠟、金屬、塑料、低熔點(diǎn)合金絲）為原料,利用電加熱方式將絲材加熱至略高于熔化溫度（約比熔點(diǎn)高1℃）,在計(jì)算機(jī)的控制下,噴頭作x-y平面運(yùn)動(dòng)，將熔融的材料涂覆在工作臺(tái)上，冷卻后形成工件的一層截面，一層成形后，噴頭上移一層高度，進(jìn)行下一層涂覆，這樣逐層堆積形成三維工件。該技術(shù)污染小。

2 3D打印技術(shù)在壓縮機(jī)維修單位的應(yīng)用

大慶油田天然氣分公司生產(chǎn)維修大隊(duì)承擔(dān)著天然氣分公司內(nèi)部大型機(jī)組維修維護(hù)工作，由于大型機(jī)組的配件質(zhì)量重、價(jià)格昂貴，在于培訓(xùn)和教學(xué)過(guò)程中，難以使用實(shí)物，而3D打印技術(shù)可以將大型配件按照實(shí)際比例縮小，采用輕質(zhì)PLA材質(zhì)打印出來(lái)，可以重新配件的外形和組裝方式，有利于學(xué)員在學(xué)習(xí)理論的同時(shí)，增加實(shí)體物品的認(rèn)知。應(yīng)用3D技術(shù)制作機(jī)組配件模型存在以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）熔積成型（FDM）3D打印機(jī)價(jià)格價(jià)格便宜，耗材相對(duì)其他3D打印技術(shù)便宜，每公斤耗材75元左右，對(duì)于一般性模型100mm*100mm成本在10元左右，相對(duì)外委脫模制作培訓(xùn)教材，成本降低至10%至20%，適合單個(gè)塑料制品打印。

（2）隨時(shí)打印，隨時(shí)應(yīng)用，可將需要打印物品進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)SolidWorks軟件繪畫(huà)后，使用切片軟件切片后便可脫機(jī)或在線打印，打印完畢后便可應(yīng)用，并且可在原圖上隨時(shí)修改。

（3）PLA材質(zhì)打印模型密度1.26g/cm3，十分方便運(yùn)輸、展示、模擬組裝等工作。

（4）3D打印技術(shù)還可以對(duì)新設(shè)計(jì)工具、工裝等發(fā)明創(chuàng)造物品進(jìn)行模擬，將設(shè)計(jì)工具打印出來(lái)測(cè)試其尺寸、功能、應(yīng)用方式，測(cè)試后可進(jìn)行修改，在進(jìn)行機(jī)械加工制作，降低實(shí)驗(yàn)性物件失敗造成的加工損失。

（5）通過(guò)對(duì)零部件打印，可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的整體組裝模擬，可以讓維修人員進(jìn)行組裝訓(xùn)練，熟練的掌握各部件作用、組裝順序，可實(shí)現(xiàn)理論培訓(xùn)無(wú)法達(dá)到的效果。

3 3D打印技術(shù)實(shí)際應(yīng)用嘗試

天然氣分公司生產(chǎn)維修大隊(duì)利用有限資源，對(duì)3D打印技術(shù)嘗試應(yīng)用在培訓(xùn)教學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮作用，利用網(wǎng)絡(luò)采購(gòu)熔積成型（FDM）3D打印機(jī)，學(xué)習(xí)相關(guān)繪圖及設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用，已經(jīng)對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)氣閥和干氣密封各部件打印，以及組裝，螺紋上緊等實(shí)驗(yàn)性工作。

3.1 往復(fù)壓縮機(jī)氣閥

往復(fù)壓縮機(jī)氣閥由閥座，升降限制器、閥片、緩沖墊、閥座、緊固螺栓組成。根據(jù)實(shí)際尺寸，繪制出每個(gè)零件。嘗試了使用PLA材質(zhì)打印緊固螺栓，制作緊固螺栓，并取得成功。

圖1 3D打印氣閥及組裝組裝

3.2 干氣密封

干氣密封由兩級(jí)動(dòng)換、兩級(jí)靜環(huán)、兩級(jí)靜環(huán)座、靜環(huán)座連接盤和鎖帽組成。依據(jù)實(shí)際尺寸打印零件后，使用M3、M2內(nèi)六角螺栓進(jìn)行緊固，達(dá)到組裝效果。

圖2 3D打印干氣密封及組裝

4 3D模具制作過(guò)程和注意事項(xiàng)

3D打印要通過(guò)測(cè)量、繪圖、切片、打印四個(gè)步驟，由于目前FDM使用材料熔化堆積成型，致使成品邊緣會(huì)有一定尺寸偏差，因此在各步驟要很多注意的方便否則打印成型后無(wú)法裝配和使用。

4.1 測(cè)繪

測(cè)繪對(duì)于整個(gè)打印過(guò)程屬于最關(guān)鍵步驟，需要對(duì)零件各點(diǎn)尺寸進(jìn)行精細(xì)測(cè)量，由于打印機(jī)精度為0.1mm，因此測(cè)量精度也應(yīng)在0.1mm左右，在測(cè)量時(shí)注意打印最低厚度不得低于3mm，否則打印效果不佳，由于是模型，可以在非裝配端放寬尺寸，將效果展現(xiàn)出來(lái)。

4.2 制圖

繪圖使用軟件可以為3DMAX、CAD三維圖、SolidWorks等，這里建議使用SolidWorks，因?yàn)樵撥浖褂梅矫?，繪圖快捷，并且有工業(yè)配件庫(kù)查詢功能。繪圖要按照測(cè)繪尺寸真實(shí)繪畫(huà)，圖內(nèi)尺寸不用按比例縮小。

每一個(gè)可拆卸配件單獨(dú)一個(gè)圖紙，便于打印后進(jìn)行組裝，可以嘗試使用裝配功能進(jìn)行組裝測(cè)試，便于復(fù)核測(cè)量尺寸已經(jīng)放寬數(shù)據(jù)對(duì)裝配的影響。圖紙輸出要使用*.STL格式，便于切片軟件識(shí)別。

4.3 切片

切片軟件建議使用Repetier-Host，特點(diǎn)簡(jiǎn)單實(shí)用，調(diào)節(jié)參數(shù)不復(fù)雜，可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)打印需求，切片軟件可以實(shí)現(xiàn)圖紙放大縮小，將尺寸調(diào)整至適合打印機(jī)尺寸，并牢記比例系數(shù)，便于其他配件切片參照。因此建議先切片外尺寸最大的配件，避免因尺寸超出打印機(jī)范圍，導(dǎo)致無(wú)法打印。切片時(shí)要注意方向，盡量平面想先，弧形面平行于打印托板，避免打印機(jī)垂直方向下方空，致使需要設(shè)置支撐，含支撐面會(huì)很粗糙。填充率盡量選擇20%至40%之間，過(guò)低會(huì)造成打印塌陷，過(guò)多會(huì)造成浪費(fèi)。需要螺紋連接處，要增加縫邊壁厚，增加螺紋附著力，避免螺栓脫扣，造成配件無(wú)法連接。

4.4 打印

打印機(jī)組裝要嚴(yán)格按照說(shuō)明書(shū)進(jìn)行，組裝后要使用水平儀，對(duì)打印機(jī)找水平，四角要牢固，避免打印過(guò)程中造成打印機(jī)移動(dòng)。

通過(guò)U盤或者連接電腦在線打印的方式進(jìn)行打印，打印前要測(cè)試打印，對(duì)打印溫度、材料出料、打印頭相對(duì)托盤間隙，各點(diǎn)間隙為A4紙剛好通過(guò)。打印托盤要使用加熱或涂抹固體膠便于模具取下。打印模式設(shè)置增加底部支架和支撐，增加模型周邊和底部支撐。

4.5 模型組裝

對(duì)模型進(jìn)行組裝，首先連接件要對(duì)好螺栓孔，螺栓孔如果尺寸較低可以使用攻絲攻扣。配件如果配合不上，可以測(cè)量尺寸參照比例反倒圖紙尺寸核對(duì)實(shí)際尺寸，找到問(wèn)題所在。打印組裝件，要有充分材料至少打印2次，提高模型成功率。

5 結(jié)語(yǔ)

3D打印技術(shù)不僅在設(shè)備維修方面可以得到應(yīng)用，在各專業(yè)日常教學(xué)、培訓(xùn)、練兵均可應(yīng)用，例如工藝專業(yè)的塔罐容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、站廠立體流程圖等等，都能通過(guò)3D打印模型，產(chǎn)生更加直觀的培訓(xùn)手段，大幅度對(duì)提高員工技能，增加培訓(xùn)效果，因此建議在培訓(xùn)和實(shí)驗(yàn)工具領(lǐng)域使用該設(shè)備，進(jìn)一步推廣新技術(shù)、新工藝手段在企業(yè)的應(yīng)用。