建模軟件結(jié)合3D打印技術對航空維修行業(yè)的影響分析

廖加偉 馮銳

摘要：在我國新型飛機研制過程中，3D打印制造技術成為了新手段。對鈦合金異型結(jié)構就是沒有規(guī)律和形狀的結(jié)構件，3D打印技術做起來非常簡捷，而且非?？焖?。所以本文將以筆者自身經(jīng)驗為例，展開討論3D打印技術目前在生產(chǎn)生活中的應用、建模軟件不斷進步簡化對生產(chǎn)方式帶來的變化，并對未來實現(xiàn)3D打印的技術普遍應用做探討。

關鍵詞：3D打印技術;建模;軟件;生產(chǎn);改進

0? 引言

通過3D打印技術能夠生產(chǎn)無人機這種高科技含量形狀復雜地產(chǎn)品。同樣這種及時生產(chǎn)的零件模式應大力應用于我們航空維修業(yè)，對比現(xiàn)在我們由于缺件而進行的訂購周期時間上將會大大縮短，極大地節(jié)約了時間成本[1]。制作減少了開模的環(huán)節(jié)，模型如果不合適，它的修改和制造成本都能夠降到最低，而且零件工具做出來后能極大地提高工作效率。

1? 3D打印技術在航空維修中的應用

2015年6月22日報道，俄羅斯技術集團公司以3D打印技術制造出一架無人機樣機，重3.8公斤，翼展2.4米，飛行時速可達90至100公里，續(xù)航能力1至1.5小時。公司發(fā)言人弗拉基米爾·庫塔霍夫介紹，公司用兩個半月實現(xiàn)了從概念到原型機的飛躍，實際生產(chǎn)耗時僅為31小時，制造成本不到20萬盧布（約合3700美元）。

以某航空公司的客艙行李架改裝為例：一架飛機需要拆卸所有的行李架，測量行李架安裝柱的長度，看是否需要更換。幾十上百個行李架，每一個行李架由4個支架固定，一個支架有8個安裝柱，這樣總共就有幾千個安裝柱需要測量。如果每一個安裝柱都通過游標卡尺來進行測量，雖然工序標準，測量精確，可是效率不高，重復性勞動容易使人產(chǎn)生身體疲勞和厭倦的心理，就容易出現(xiàn)人為差錯。我們運用3dcaot軟件設計，使用3D打印機做出專用的測量工具極大地提高了工作效率，節(jié)約了工時。

再以我們單位機務地外場航線制作一個軸承注油器為例：

對軸承注油需要一只手盛放潤滑脂，另一只手拿軸承進行擠壓或者拍打，使油脂進入軸承的縫隙進行潤滑。手動給一個軸承注油所用時間大概是2到3分鐘。手動給一架飛機的六個軸承注油所用時間大概要20分鐘。因為連續(xù)工作會使人產(chǎn)生疲勞效應，不僅肩和手會產(chǎn)生酸麻的感覺，人員的思想也會疲勞，精力很難集中，警惕性也會降低，工作效率就會逐步降低，再加上之后人員手上油脂的清理以及收尾工作也需要一定時間。我們設計并制造了一種快速軸承注油工具。使用我們制造出來的第三代注油工具給六個軸承注油所用時間總共大概只用一分鐘。

我們最初是想做一個可以減少手上的油脂，方便清理，提高工作效率并且方便注油的工具。然后通過觀察，發(fā)現(xiàn)我們幾個分院外場地各個機型都是使用手動注油的方法。之后再收集了一些資料，發(fā)現(xiàn)市面上也沒有這一類專門的工具。已有的一些汽車注潤滑油的工具也是很大型，適用于更大型的軸承而且需要配備專門的空壓機才可以工作[2]。于是我們決定設計并制造一款小型、結(jié)構簡單實用、方便操作的工具并將之完善，便于生產(chǎn)，創(chuàng)造社會價值。

第一次設計圖紙是簡單地畫了一些示意圖與制作方進行溝通，發(fā)現(xiàn)對方很難理解我們所表達的意思。制作廠家實際所需要的只是零件的加工圖，關于零件怎么裝配、怎么工作并沒有任何意義。

之后我們就回去重畫了加工圖紙，最早的工具有十幾樣零件。手繪要加工的零件每一樣都是三視圖，有的加上剖視圖，標注上尺寸這樣就做了大量地工作。再送進十幾公里遠的廠家與對方的技術人員進行交流。因為只是制作實驗品，量少，廠方也就不會太優(yōu)先照顧，期間還有些零件的參數(shù)進行了調(diào)整、來回多次地進行現(xiàn)場交流。這樣做出第一代一套完整地工具前后花了4個月的時間。

第一代實物操作比較費勁，而且手上接觸油脂還是比較多，注油的速度倒是比較快，但是只能用幾次就需要進行油脂補充。在經(jīng)過實驗記錄后有許多地方需要進行改進。

在這幾個月的時間里我們學習了一些簡單的電腦制圖知識。我們外場購買了熔融沉積快速成型和光固化成型兩種3D打印機，并且在第二次設計時采用了電腦軟件的方法進行設計，利用3D打印機進行模具的制作，極大地提高了工具制作的速度。這樣我們通過UG，3dmax，3dcoat等模型軟件設計出模型，運用mesh mixer軟件來給模型加上支撐，通過kisslicer軟件對模型進行切片。就在本單位地外場使用3D打印機做出工具模型，打磨，修改，進行實驗。實驗后收集數(shù)據(jù)對模型進行優(yōu)化，再重復這幾個步驟進行完善。就這樣在一個多月的時間里我們進行了幾次修改，做出了效果較好地承注油工具。最后再使用CAD軟件進行制圖，尺寸標注，通過廠家的機械加工做出金屬的工具，表面處理，使之應用于工作中。通過注油工具使注入的油脂均勻地通過軸承每一個孔洞，能夠達到完美注油的效果。避免了注油不均的隱患，而且極大地提高了給軸承注油工作的效率。使得注油程序變得有數(shù)據(jù)支撐，使之量化避免了人的主觀錯誤，填補此項工作的空白。將來如果能夠推廣使之大量應用于各類機型，將給社會創(chuàng)造一定的經(jīng)濟價值。

通過兩個事例可以直觀地對比：假如只用手繪三視圖的話，來來回回地跑工廠和對方進行溝通，然后制作出實例，然后再回到單位進行數(shù)據(jù)采集。這樣每一次都要重新進行繪圖，工作量極大，這樣工作者可能就會嫌麻煩，不會產(chǎn)生制作工具這種意愿。使用電腦軟件建模，然后再3D打印，可以節(jié)省很多的中間環(huán)節(jié)，快速地制造所需要地零件或者工具。有部件需要修改時也是十分方便，可以大大提高工作者的積極性。

2? 建模軟件的進步結(jié)合3D打印技術未來對生活的改變

以auto CAD軟件制作齒輪為例：要制作一個齒輪需要先做一個齒輪大小的外切圓，再做一個內(nèi)切圓，計算出多少個齒輪，每個齒輪所占的角度，然后畫出角度的輔助線，再通過輔助線畫兩個線段做出一個齒，這幾步方法與手繪基本相同，再通過環(huán)形陣列得到一個齒輪平面再閉合線段組成一個整體。再拉升齒輪的高度最終得到齒輪，如果要做斜齒輪就更加復雜一些。這樣得到一個三維的齒輪，可以顯示和打印齒輪的三視圖或者剖面圖，相比手繪圖只用做一個俯視圖再進行拉升就可以得到齒輪，并且用途多樣，同時可以保存圖形，導入或者導出到相關的圖形中進行多次使用，使得效率大大提升。

而現(xiàn)在的3dcoat建模軟件可以直接建?；倔w：齒輪。設置好齒輪的參數(shù)（高度、半徑、孔半徑、齒輪深度、銳度、齒數(shù)）就可以直接得到一個齒輪。而且可以設置頂部半徑與底部半徑。由此可見軟件的不斷進步極大的提升了我們設計模型的效率，而且入門簡單，網(wǎng)上教學視頻較多，可以利用工作之余進行學習，現(xiàn)在許多高校只對機械制圖這門最基礎的科目進行教學，也就是手繪三視圖，利用圓規(guī)、直尺、角度尺等工具進行繪圖。既然有便捷的軟件、先進的方法，我們就應該與時俱進學習這些先進的內(nèi)容。比如現(xiàn)在我們生活中都需要學習煤氣爐、電磁爐的使用和注意事項，而不會有人再去學習鉆木取火的方法和訣竅，即使學會這些技巧能夠讓你提升幾倍的速度讓人幾分鐘內(nèi)就能點燃火。因為現(xiàn)在的煤氣灶我們只需要一秒鐘就能夠點火，還可隨意調(diào)節(jié)火焰的大小。

相信將來金屬3D打印機的廣泛應用能夠降低其成本，使之能夠應用于各類場所，特別是我們這類小型維修單位地外場。建模軟件的不斷簡化以及近幾年不斷進步的3D打印技術可以在一定程度上替代傳統(tǒng)的修理所車、削、刨等工作，快速便捷地制作出各類零件[3]。對于一個維修單位而言不僅是節(jié)省了購買這些設備的資金、場地，而且3D打印屬于增材制造，能夠節(jié)約很多材料。人員的配備也是能精簡不少。只需要一位會建模軟件和操作機器的工作人員就可以替代以前需要專門技能培訓的工人。車工、鉗工、刨工都是需要多年專業(yè)培養(yǎng)才能夠上任的，而且這些工種還有一定的風險性，如果操作不當，就可能對人身體造成嚴重傷害或者對機械造成損壞并帶來嚴重的后果。

試想一下當下培訓一名車、鉗或者刨工的專業(yè)人員需要最少四年的專業(yè)培訓，特別是一名經(jīng)驗豐富成熟的工人還需要幾年的磨練。與之相對比，一名具有建模能力的人簡單地進行金屬3D打印機操作培訓，就可以在大部分情況下替代車、鉗、刨等幾類工作人員。這對于以后單位的用工形式、招工范圍就會帶來很大的變革。如果是配備了金屬的3D打印機，建模工作人員有需要的話，在家也能夠進行設計，然后傳輸打印程序到單位上進行打印就可以。在軟件越來越簡便的將來，甚至不需要特別專業(yè)的人員，有一些基礎操作的人員就可以經(jīng)過培訓能夠勝任工作，當有特別復雜的圖形需要設計的時候，還可以外包給專業(yè)的設計師進行設計。

3? 結(jié)束語

所以我們現(xiàn)在也應該未雨綢繆，對未來可能出現(xiàn)的情況進行分析，及早提出應對的方案：在學校開辦最新的軟件課程，從學校里就培養(yǎng)一部分會最新軟件地新型人才。有條件的單位更應該積極接受新事物。將金屬3D打印等先進地生產(chǎn)方法應用于生產(chǎn)工作中，從使用中汲取總結(jié)經(jīng)驗，使先進生產(chǎn)力服務于生產(chǎn)，不斷地提高效率。

參考文獻：

[1]李菊，劉洋.基于3DMAX和AutoCAD技術的建筑三維建模研究[J].自動化與儀器儀表，2016（5）：185-186.

[2]吳芬芬.3D打印物體的穩(wěn)定平衡優(yōu)化[D].中國科學技術大學，2016.

[3]劉弋潞，陳忻，周子凡，等.基于3D打印技術的化工建模實踐基地建設[J].廣州化工，2019（4）.