3d打印對(duì)機(jī)械制造及自動(dòng)化的影響分析

李智麗 朱曉培

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械制造及自動(dòng)化技術(shù)均得到了迅猛發(fā)展。在機(jī)械制造及自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，3d打印技術(shù)為機(jī)械制造及自動(dòng)化提供了強(qiáng)大的科技基礎(chǔ)，同時(shí)機(jī)械制造行業(yè)為3d打印技術(shù)的應(yīng)用提供了廣闊的發(fā)展市場(chǎng)。本文主要針對(duì)3d打印對(duì)機(jī)械制造及自動(dòng)化的影響進(jìn)行深入分析，闡述了3d打印等現(xiàn)代化技術(shù)的作用。

關(guān)鍵詞：3d打印；機(jī)械制造；自動(dòng)化

3d打印技術(shù)作為制造技術(shù)的改革創(chuàng)新，是一種快速形成模型的技術(shù)，這種技術(shù)結(jié)合了計(jì)算機(jī)、電氣自動(dòng)化和材料學(xué)等專(zhuān)業(yè)學(xué)科。隨著技術(shù)的愈發(fā)成熟，在機(jī)械制造行業(yè)得到大量應(yīng)用，可以縮短產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間，充分利用生產(chǎn)材料，讓機(jī)械制造與工業(yè)生產(chǎn)變得更加方便、快捷，同時(shí)3d打印技術(shù)為企業(yè)帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益。

本文闡述了3d打印對(duì)機(jī)械制造及自動(dòng)化的影響，為3d打印技術(shù)對(duì)機(jī)械制造行業(yè)的影響和發(fā)展趨勢(shì)提供參考。

1 3d打印技術(shù)的基本概述和應(yīng)用

3d打印技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中期，是一種快速成型技術(shù)，它是利用數(shù)字模型為基礎(chǔ)，借助數(shù)字技術(shù)打印機(jī)來(lái)進(jìn)行打印制造的，打印機(jī)內(nèi)裝有液體、粉末狀金屬、塑料等打印材料，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）或計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印，最終形成了實(shí)物。在3d打印中融入了CAD和計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)建模、車(chē)床數(shù)控、尺度測(cè)量和激光掃描等一系列專(zhuān)業(yè)學(xué)科。

3d打印技術(shù)主要有這樣幾個(gè)特點(diǎn)：

1）產(chǎn)品制造成數(shù)字模型，利用CAD等建模軟件和測(cè)量軟件把產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)化，根據(jù)與實(shí)物的比例進(jìn)行加工制造，最終形成了一個(gè)個(gè)機(jī)械零件。

2）維度逐級(jí)遞增，在3d打印技術(shù)下，把一些立體結(jié)構(gòu)的物體轉(zhuǎn)化為平面物體，然后把二維結(jié)構(gòu)的物體逐級(jí)累加，最終形成三維結(jié)構(gòu)的物體，通過(guò)這種方式，可以把復(fù)雜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，使制造變得容易控制。

3）一些復(fù)雜的部件可以直接打印制造出來(lái)，不需要由多個(gè)零件組裝，減少了制造流程。

在3d打印中最常用的是SLA 光固化打印技術(shù)，主要是利用紫外線(xiàn)在液態(tài)光敏樹(shù)脂的表面進(jìn)行加工，在它的表面形成一個(gè)薄層，然后逐層進(jìn)行加工，這種工藝的優(yōu)點(diǎn)就是原料使用率比較高，能夠達(dá)到100%，不會(huì)造成浪費(fèi)，尺寸精確度比較高，達(dá)到正負(fù)0.1毫米，可以用來(lái)制作一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求高的物件；但是也有缺點(diǎn)，就是生產(chǎn)成本比較昂貴，在太陽(yáng)光的照射下容易發(fā)生解體。

SLS 激光燒結(jié)技術(shù)也是3d打印中比較常用的技術(shù)，這種技術(shù)使用的原材料是金屬粉末，可以直接制造金屬部件，使用激光束掃描覆有機(jī)粘結(jié)劑的金屬粉末，從而得到零件的金屬框架，然后進(jìn)行高溫?zé)?、金屬浸?rùn)和熱等靜壓等一系列處理工作，融解有機(jī)粘結(jié)劑，在金屬框架中填充一些金屬液體材料，得到金屬零件。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于零件的強(qiáng)度高，打印簡(jiǎn)單，機(jī)械性能強(qiáng)。但也有相關(guān)的缺點(diǎn)，就是金屬粉末比較散，燒結(jié)時(shí)無(wú)法保證金屬部件的精確性，而且生產(chǎn)設(shè)備價(jià)格昂貴。

目前，3d打印技術(shù)應(yīng)用發(fā)展非常廣泛，該技術(shù)在珠寶，服裝，機(jī)械制造，建筑，工程和施工（AEC），汽車(chē)零配件，航空航天機(jī)器部件，牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)，教育，地理信息系統(tǒng)，土木工程，槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。

2 機(jī)械制造及自動(dòng)化的發(fā)展情況

在機(jī)械制造生產(chǎn)的過(guò)程中，當(dāng)今機(jī)械制造業(yè)和多項(xiàng)先進(jìn)的現(xiàn)代化技術(shù)緊密相連，它屬于一項(xiàng)系統(tǒng)化的制造工程，這些現(xiàn)代化技術(shù)包括：機(jī)械制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)、自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)和信息技術(shù)，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品材料、工藝也采用了現(xiàn)代化科技手段，需要借助機(jī)械設(shè)備和計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化操作處理。

機(jī)械制造操作主要是對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)制造的一個(gè)過(guò)程，重點(diǎn)在于完善生產(chǎn)對(duì)象的相關(guān)尺寸、形狀、位置和質(zhì)量等方面，使產(chǎn)品胚胎變成成品或者半產(chǎn)品，所以在機(jī)械制造過(guò)程中，產(chǎn)品的加工技術(shù)尤為重要，現(xiàn)代化產(chǎn)品對(duì)產(chǎn)品的制造精度越來(lái)越高，所以在機(jī)械制造過(guò)程中，應(yīng)用3d打印技術(shù)對(duì)提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率有著重要作用，在機(jī)械制造及自動(dòng)化中運(yùn)用3d打印技術(shù)具備很好的發(fā)展趨勢(shì)。

3 3d打印技術(shù)對(duì)機(jī)械制造及自動(dòng)化的影響

3.1 3d打印技術(shù)對(duì)機(jī)械制造及自動(dòng)化的正面影響

改變了傳統(tǒng)機(jī)械制造技術(shù)，讓機(jī)械制造變得更加簡(jiǎn)單方便，3d打印可以直接打印出來(lái)所需要的復(fù)雜結(jié)構(gòu)機(jī)械部件，減少了生產(chǎn)制造步驟，提高了機(jī)械制造效率。在傳統(tǒng)的機(jī)械制造生產(chǎn)車(chē)間中。有很多條生產(chǎn)流水線(xiàn)，機(jī)器和各種工人數(shù)量非常多，運(yùn)用3d打印技術(shù)之后，只需要一些固定的技術(shù)人員和設(shè)備就可以完成機(jī)械制造工作，這些工人和機(jī)器必將被淘汰，從而為企業(yè)節(jié)省了生產(chǎn)成本。

3.2 3d打印技術(shù)對(duì)機(jī)械制造及自動(dòng)化的負(fù)面影響

3d打印技術(shù)中所用到的一些粉塵材料和塑料，污染性非常大，嚴(yán)重威脅著人們的身體健康。3d打印的零部件雖然比較精致，但是在耐用性方面略有不足，而且會(huì)導(dǎo)致市場(chǎng)上出現(xiàn)大量山寨仿制品，嚴(yán)重影響了一些企業(yè)的商品利益。這項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用還不夠成熟，有一些結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的物體，由于材料不同，很難一次性打印出來(lái)，每次需要裝載不同的材料分開(kāi)打印，然后進(jìn)行組裝。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上3d打印對(duì)機(jī)械制造及自動(dòng)化的影響分析得知，雖然3d打印技術(shù)對(duì)于機(jī)械制造及自動(dòng)化有著很多優(yōu)點(diǎn)，但也有一些不可忽視的負(fù)面影響。為了順應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和時(shí)代的進(jìn)步，必須不斷改進(jìn)和完善機(jī)械制造及自動(dòng)化技術(shù)，合理運(yùn)用3d打印技術(shù)，讓3d打印技術(shù)更好地為我國(guó)的機(jī)械制造業(yè)提供服務(wù)。

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作者簡(jiǎn)介：李智麗（1984-），女，青海海西人，機(jī)械工程碩士，講師，助理工程師，研究方向：機(jī)械工程技術(shù)、控制技術(shù)、模具設(shè)計(jì)與制造；朱曉培（1985-），男，湖北枝江人，機(jī)械工程碩士，講師，高級(jí)電工，湖北三峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械制造技術(shù)。