3D打印技術在機械制造領域中的作用

周建波

摘 要：3D打印技術的成影速度快，材料的利用率達到了很高的程度。隨著其打印速度的加快，生產周期也被大大縮短了，質量得到了保障。深入研究和分析了3D打印技術在機械制造領域中的應用情況，并提供了一些新的發展思路，希望可以為這項事業日后的發展起到一定的推動作用。

關鍵詞：3D打印技術；機械制造；打印速度；打印原理

中圖分類號：TH16 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.036

第三次工業革命最早是在2012年由英國的一本重要雜志中出現的。它指出，現代先進的工業制造領域還將會經歷第二次工業革命（電氣時代）之后的第三次工業革命。這次工業革命是以因特網為基礎，將新技術、新材料等有機結合起來，將工業革命的重心放在了“數字化技術”上。同時，它還指出，數字化技術將會影響以后的市場元素，甚至是全球市場范圍內的元素分配方式。

近幾年，特別是2010年以后，3D打印技術在機械制造中發揮了非常重要的作用，已經成為了先進科技的代表。在西方發達國家，3D打印技術已經在機械制造領域取得了較大的發展，為社會經濟創造了巨大的經濟效益，而且國家也為這項技術的發展和壯大提供了較多經濟和政策方面的支持。但是，在國內，這種技術處于起步階段，甚至可以說是萌芽階段，它在機械制造方面所發揮的作用和帶來的效益不是很明顯。因此，必須大力發展3D打印技術，將之與實際社會生產工作相結合，充分發揮其作用。

1 3D打印技術的起源和發展

世界上第一臺打印設備是于1984年在美國生產出的。經過了多年的發展和完善，3D打印技術已經取得了巨大的發展。特別是進入21世紀以后，隨著計算機的快速發展，打印技術也得到了飛速的發展，出現的頻率越來越高，逐漸成為了現代機械制造領域的重要支柱技術之一。而我國第一臺打印設備是在1994年由北京一家有限公司引進的，在加工材料、人工假牙、自行車架、航空航天、藝術品等多種領域都取得了較大的發展，進一步推動了我國社會經濟和高新技術的發展。

2 3D打印技術的原理

3D打印技術聽起來好像很復雜的樣子，其實它就是利用三維仿真軟件，以縱坐標軸為方向，將原先設計好的模型分割成多個有限平面，在生成3D實體時，采用分層加工與疊加相結合的方法，以此形成等比例的模型。它的工作原理主要有以下2點：①3D打印機采用三維成形的方法，將原材料放在加工平臺上，經過碾壓成為薄層，然后加上黏合劑，使原材料快速凝固成固體。完成這些工作之后，工作臺會根據原先設定好的數據不斷地打印。待打印完之后，它會自動清理打印臺上沒有被使用的材料。②依據熔融固化技術打印的3D打印機，是先將打印的模型輸入電腦程序中，打印機中的自動控制程序會根據電腦中的模型自動規劃出打印路線，從而將模型打印出來。具體過程是，打印機的打印頭根據電腦程序的指示，自動依據二維實體的運動路徑在平面上噴出一層薄面，熔融后凝聚在工作臺上，經過裝置冷卻后形成一層三維薄面。最后，電腦控制打印頭不斷地重復，層層疊加，直至形成需要的三維圖案。

3 3D打印技術在機械制造中的應用

3D打印技術就是“增材制造”，將原材料多層疊加，平面工作臺自動升降，將零部件從無到有地生產、加工出來。與傳統的零部件加工方法不同，這項技術的出現為零部件加工制造領域帶來了一場新的變革。

3.1 產品的發展速度明顯加快

在21世紀以前，要想開發一個新產品，特別是那些構造比較復雜、難度系數很大的產品，需要很多的生產設備同時進行，一個零部件的生產需要很多設備的支持。盡管如此，很多加工、制造出來的產品質量不過關，不能滿足社會生產和市場的需要。而過關的產品也要經歷市場的檢驗，經過多次修改之后才能正式大規模生產。這就導致生產周期過長，浪費了大量的人力、物力和財力。但是，采用3D打印技術后，設備就能得到最大程度的解放，一臺打印機就完成了以前好幾臺設備才能完成的工作，并且也有效解決了產品質量問題。

3.2 設計理念的轉換

與以前傳統的機械制造方式相比，對于以前復雜的程序，現在可以利用3D打印技術很快解決，被加工的零部件的穩定性也顯著提高了，極大地簡化了產品設計、加工過程。除此之外，對于那些千變萬化、穩定性要求很高的零件，主要以航空零件為主，它們都是由成百上千個零件組成的，采用了3D打印技術之后，可以很快地將之壓縮為幾個小零件，有效提高了工作效率和產品質量，為航空航天事業的發展帶來了極大的便利。

4 結束語

為了滿足市場對小部件強度、精度、剛度等方面的要求，我們必須不斷改進和完善機械制造方面的打印質量，完善我國的3D打印技術。同時，國家也應該大力扶持相關研究機構，加強對3D打印技術的培訓工作，讓更多人了解這項技術，努力提升我國的3D打印技術水平。另外，還要積極引進西方的先進技術，讓我國的打印技術與世界一流水平接軌，甚至超過世界一流國家的打印水平。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕