3D打印技術(shù)優(yōu)化發(fā)動機設(shè)計

秦波

摘 要：3D打印技術(shù)指的是利用物理層的持續(xù)疊加，通過逐步有序地進行材料增加以實現(xiàn)生成三維實體目的的技術(shù)，因為不同于固有的去除材料的加工技術(shù)，故3D打印技術(shù)又被稱為增材制造或添加制造。增材制造指的是按照三維CAD數(shù)據(jù)將現(xiàn)有材料組合并完成制作物體的過程，與建材制造相比，它是一種將材料不斷累積疊加的過程。它的基礎(chǔ)原理是通過對產(chǎn)品CAD數(shù)模，通過快速成型機工作在X-Y平面上以掃描的形式產(chǎn)生工件截面的形狀，繼而通過在Z坐標間歇地做層面厚度的位移變化，最終形成三維制件。可以按照工藝和成型原理將3D打印技術(shù)劃分為多個種類，已形成了4重比較主流的方法，即：SLS選區(qū)激光燒結(jié)、SLA激光立體固話、LOM疊層實體制造法以及FDM熔融層次成型技術(shù)。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);積累疊加;三維制件

0 引言

3D打印技術(shù)又叫添加制造，是增材制造技術(shù)的通俗說法，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)不同的是，它的文件基礎(chǔ)以數(shù)字模型來充當?shù)模ㄟ^粘合性較強的材料例如粉末狀金屬物等，采取堆疊的方式對已設(shè)計好的模型進行三維實體的生成。1979年，3D打印的最初概念雛形被提出，在當時這種技術(shù)被稱之為“快速原型。”1986年美國的查爾斯·赫爾為“立體光刻”技術(shù)申請了專利并申請成功，這種技術(shù)主要是采用紫外線照射的方式來使樹脂材料凝固，以達到制作物體的目的，此技術(shù)概念于1984年被提出。而3D打印技術(shù)是于1993年被提出，當時是由麻省理工學院的數(shù)名技術(shù)專家共同發(fā)明并向?qū)＠稚暾垖＠脑摷夹g(shù)雛形成型并成功申請專利后，項目專家們對項目進行不斷地開發(fā)研究，3D打印技術(shù)成長迅速，能夠使用的材料和制作的產(chǎn)品范圍不斷擴大，3D打印技術(shù)已經(jīng)不僅限于塑料金屬等產(chǎn)品，也可以對零部件、有機材料等進行生產(chǎn)。經(jīng)過一段時間的發(fā)展，3D打印技術(shù)已經(jīng)步入快速發(fā)展狀態(tài)，其市場發(fā)展空間仍舊廣闊。

1 當前主要問題

1.1 當前3D打印技術(shù)發(fā)展尚不成熟

我們不得不承認，盡管經(jīng)歷了一段時間的發(fā)展，3D打印技術(shù)有所進步，但在市場以及技術(shù)方面該技術(shù)仍然并不成熟。在新工業(yè)革命與增材制造國際研討會上，楊拴昌曾明確指出了3D打印技術(shù)現(xiàn)今仍存在并且至關(guān)重要的待解決問題，其中之一便是需要對生產(chǎn)過程中使用的設(shè)計工具進行優(yōu)化升級。該項技術(shù)需要大范圍使用計算機輔助設(shè)計工具。在進行部件的制作時，也需要更好的使用工具來使材料性能和其形狀得到進一步優(yōu)化，以達到控制材料使用量以及降低產(chǎn)品重量的目的。在產(chǎn)品設(shè)計的過程中，研發(fā)出操作更簡便的使用工具對該技術(shù)的非專業(yè)性人員也十分有必要。

1.2 可用材料需要持續(xù)拓寬

3D打印技術(shù)目前最常見的使用材料就是樹脂，這也間接的表現(xiàn)出該技術(shù)現(xiàn)在的可用材料稀少，但經(jīng)研究人員的努力，正在逐步向陶瓷、金屬、金銀等原材料的使用進步。并且在將來還需要將更多的材料投入使用，并且更深入地進行使用材料的研究，進一步分析加工-結(jié)構(gòu)-屬性之間的關(guān)系，熟知每一種材料的特性，便于更好地利用材料，為材料的使用提供標準和范圍。

1.3 生產(chǎn)過程需要加強工藝控制

在該技術(shù)的發(fā)展和使用過程中，需要給裝備樹立明確的認證標準，這能夠有效地提高該技術(shù)生產(chǎn)過程中的連貫性、統(tǒng)一性和重復性。除此之外，還需要在進行打印生產(chǎn)的過程中對內(nèi)部進行不間斷的監(jiān)控并進行反饋，例如可通過傳感器來評估并檢測存在的漏洞或缺陷，只有進行良好的監(jiān)控，才能使設(shè)備工作過程中出現(xiàn)故障的可能性降到最低。為達到更好地監(jiān)測并了解材料的性能和零部件功能特點，需要形成預測模型，令設(shè)計師和用戶都能對零件的基礎(chǔ)功能性能有一定的了解，并且通過調(diào)整設(shè)計的方式來實現(xiàn)預計成果。

2 制造過程中3D打印技術(shù)的應用

2.1 三維的印刷技術(shù)

3D打印機于90年代中期被成功研發(fā)，3D打印機遵從的工作原理是傳統(tǒng)打印機的原理，主要被應用于將打印機和計算機后對原料進行層層疊加，這項技術(shù)使用的是激光注射器等，后來，3D打印技術(shù)也被稱之為無模控制技術(shù)，在工作生產(chǎn)時需要使用粘合劑，使用噴嘴工具將需要進行粘合的區(qū)域進行粘合工作，用來粘合材料的是材料粉末，通過層層的粘合、鋪粉等工作完成一項任務(wù)的3D打印。

2.2 粉末材料在選擇性的激光燒結(jié)技術(shù)

選擇粉末材料來進行激光燒結(jié)步驟最主要的就是在已籌備好的粉末上面進行刮平工作，將已經(jīng)初步完成的零部件的表層進行此項工作，在此基礎(chǔ)上還需要對零件的截面進行掃描工作，此項工作使用的是二氧化碳激光器作為工具，在激光高強度的照射下，很容便可以將材料燒結(jié)在一起，也因著這樣的原理，二氧化碳激光器才能夠?qū)⒘悴考慕孛嫱暾貟呙瑁饘俚炔牧鲜沁M行燒結(jié)的主要材料。此外，一些燒結(jié)材料產(chǎn)生的燒結(jié)薄膜或磨砂也有著其他使用價值。

2.3 立體光固化的相關(guān)成型技術(shù)

目前世界上各研究人員主要針對立體光固化方面進行對3D打印技術(shù)的研究，并且取得了良好的研究成果，相對來說對它的研究較為成熟，在此技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)此項技術(shù)的適用范圍更為廣泛。該技術(shù)同樣采用計算機控制的方式，對一些液態(tài)的光敏樹脂進行掃描工作，達到凝固材料的效果，同樣是在經(jīng)過層層疊加后達到3D打印成型的效果。在進行該技術(shù)的相關(guān)開發(fā)過程中可以運用其他相關(guān)材料來進行對傳統(tǒng)3D打印技術(shù)材料的替換。

3 結(jié)語

本篇主要對3D打印技術(shù)在發(fā)動機零部件的鑄造過程中的運用和與該技術(shù)有關(guān)的使用探究工作。本文首先對鑄造行業(yè)中運用的3D技術(shù)，在三維的印刷技術(shù)、粉末材料選擇性的激光燒結(jié)技術(shù)、立體光固化成型技術(shù)等幾個方面進行了深入探討，其次介紹了3D打印技術(shù)在鋼鐵鑄件生產(chǎn)時的相關(guān)運用，最后分析了3D打印技術(shù)的多種成型技術(shù)，對相關(guān)技術(shù)進行總結(jié)研究，分析其在汽車零部件制造業(yè)的優(yōu)勢。通過多方面的研究，對方法加以試驗總結(jié)，希望相關(guān)技術(shù)人員可以對該項目進行進一步研究實驗，在大程度上減少在3D打印技術(shù)進行生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)的問題，減少零部件生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的誤差。本文多次提到的3D打印技術(shù)在零部件生產(chǎn)時的應用，間接地說明了汽車3D打印技術(shù)的成熟有助于推動我國的技術(shù)更進一步發(fā)展，對3D打印技術(shù)進行適當?shù)赝顿Y發(fā)展，為我國的模具制造和汽車零部件生產(chǎn)做出更大的貢獻，以實現(xiàn)將3D打印技術(shù)更好地應用到汽車零部件的生產(chǎn)中。

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