基于“3D打印技術”行星減速器的快速成型

陳 華,劉沖沖,王飛龍,魏巍宏,王冠淞

（中國礦業大學（徐州） 機電學院, 江蘇 徐州 221000）

1 3D打印技術

1.1 3D打印技術簡介

3D打印技術，是快速成型技術的一種，它依托數字模型文件,運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術，通常采用數字技術材料打印機實現。3D打印技術具有節省工藝成本、節省流程費用、設計空間無限、減少浪費、精確復制等優點，所以它在建筑規劃、工業設計、娛樂等諸多領域都有了廣泛的應用。3D打印機圖（如圖1）。

圖1

1.2 3D打印材料的選擇

3D打印通過分層離散和數控成型系統，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將樹脂、金屬粉末、石膏粉末、尼龍等特殊材料進行逐層堆積粘結，最終疊加成型。針對本文快要成型的零部件對機械性能和韌性要求較高，可選取尼龍。尼龍粉末材料結合SLS工藝，可以制作出尺寸穩定性好、機械性能好的零部件。

2 行星減速器的三維建模

（1）所有的3D打印成型機都可以接收STL文件格式進行打印。常見的軟件有3ds Max、AutoCAD、UG、SolidWorks等三維建模軟件。本文是基于SolidWorks的行星減速器。圖二是利用SolidWorks構建的一個齒輪（如圖2）。

3 行星減速器的3D打印

3.1 打印方法的選擇

隨著3D技術的發展，現在3D成型技術已具備十余種，如光固法 (SLA)、掩層疊法 (LOM)、噴粒法(BPM)、模固化法(SGC)、粉末材料選擇性燒結（SLS）等。本文將采用SLS方法進行打印（如圖3）。

圖2

粉末質料選擇性燒結采取二氧化碳激光器對粉末質料（塑料粉、陶瓷與粘結劑的混合粉、金屬與粘結劑的混合粉等）舉行選擇性燒結，是一種由分離點一層層對集成三維實體的工藝方式。SLS具有以下優點：（1）采用這種方法，幾乎所有適合3D打印的材料都能適用；（2）整個打印過程與零部件的復雜程度無任何關系，為燒結的粉末還可重復使用，材料無浪費，大大提高了材料的利用率；（3）相比其他的成型的方法，打印出來的模型較硬。

圖3

3.2 打印流程

（1）STL格式轉換。設計軟件和打印機之間協作的標準文件格式是STL文件格式。一個STL文件使用三角面來近似模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。用solidworks軟件可以直接輸出STL模型。

（2）啟動打印機。3D打印機型號雖多，但是其基本原理大致相同，結合實際情況，開溫控后，嚴禁觸摸噴頭和成型室加熱風道。

（3）安裝材料盒。在更換絲材或者更換噴嘴時，首先要對設備進行升溫，要把穩定升到所設定的溫度方可進行操作；更換噴頭需要先升溫，將材料撤出，然后等待噴頭溫度降低至室溫斷電。

（4）開始打印。打印機通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉末狀的材料將這些界面逐層打印出來，再將各層界面以各種方式粘合起來從而制造出一個實體。

（5）冷卻。打印完畢后，我們需要從成型室上將模型取出，模型冷卻5-10分鐘即可。

4 結束語

隨著3D打印技術的發展和逐步成熟，這種以“增材”方式的先進制造技術將會在機械制造業中推動第三次工業革命，本文也只是將3D打印技術運用到一個小小行星減速器中。只要將需要制造的零部件利用三維模擬軟件模擬出來，這樣便能通過打印機加工出需要的零部件，與傳統的切屑加工制造相比，大大減少了加工量，提高了生產效率。

[1]王波.《基于3D打印技術的模具制造》[Z].

[2]孫劼.《3D打印機/3ds Max從建模到完全自學教程》[K].人民郵電出版社.

[3]蔡恩澤．3D打印顛覆傳統制造業[J].中國中小企業，2011(11).

[4]馮穎芳．西工大用3D打印制造3m長C919飛機鈦合金部件[J].工藝技術研究,2013(01):24．