基于SLA的汽車維修收納工具增材制造技術應用

摘要：隨著我國汽車保有量的持續增長，汽車行業的發展日新月異，這也使得汽車維修行業的競爭日益激烈。被視為第三次工業革命重要標志的增材制造技術，正逐步應用于汽車維修領域。本文在對SLA增材制造技術原理分析基礎之上，結合汽車維修領域的發展情況，對汽車維修收納工具的制造過程進行梳理，分析了汽修領域收納工具應用SLA增材制造技術加工的可行性，旨在改善汽車維修環境，促進汽車維修行業的健康快速發展。

關鍵詞：增材制造技術;SLA;收納工具

0 ?引言

汽車維修企業的健康發展有賴于快速高效的售后服務。近年來，增材制造技術（Additive Manufacturing，AM）以其生產工序簡單、無需模具、制造成本低、生產效率高、產品靈活等特點迅速進入大眾視野，也為汽車維修行業的快速發展帶來了新思路和新挑戰[1-2]。

1 ?SLA增材制造技術概述

液態光敏樹脂選擇性固化工藝（Stereo Lithography Apparatus，SLA）是增材制造領域的一個重要方向，其主要采用液態光敏樹脂原料，通過計算機輔助設計軟件或逆向工程技術設計出的三維數字模型，利用離散化程序對模型切片處理，再依照擬定掃描路徑照射至光敏樹脂表面，分層掃描固化疊加成三維零件原型的一種制造方式[3]。

SLA工作原理是：通過計算機控制一定波長和強度的紫外激光束（如λ=325nm），在偏振鏡作用下持續按預定零件各分層截面的輪廓形狀對液態樹脂材料逐一掃描，被掃描區域的樹脂薄層在光聚合固化反應下形成零件的一個薄層截面。繼而升降平臺帶動平臺下降一層高度，利用刮板在已固化好的樹脂表面層上再均勻敷上新一層液態樹脂并刮平，重復掃描并固化，使得新固化層牢固粘接在上一層中，如此循環反復直至完成整個零部件的固化成型，得到整個實體模型，工作原理如圖1所示。

SLA技術優勢主要有：①由于支撐材料為石蠟，支撐結構經過加熱處理可以完全去除，并能夠制造任意幾何形狀的復雜零件;②由于光敏樹脂材料液態狀態下流動性能好、打印分層薄，成型模型表面質量好、精度高，原材料利用率接近100%;③由于紫外激光每次可以移動覆蓋至整個臺面，打印效率高。

2 ?基于SLA的汽車維修收納工具的制造

汽車維修領域中，需要用到各種形式的維修工具，維修工具的有序擺放與整理是汽修人員高效率完成維修作業的有效保障，數量龐大、形狀各異的維修工具收納便成為汽修人員亟待解決的現實問題。本研究嘗試利用增材制造技術，制作出滿足汽修車間6S標準操作規范的維修收納工具，提高維修效率與質量，促進高標準職業素養的養成。

本研究以基于SLA的內六角扳手收納工具制造為例，探討增材制造技術在汽車維修工具收納領域的應用。SLA增材制造從數字模型到成形實體的過需要經歷三維模型構建、面化處理、切片處理、截面加工與疊加、后處理五個工藝階段。其工藝流程如圖2所示。

①三維模型構建。增材制造系統只能夠識別計算機構建的產品三維模型方能進行切片處理，現階段常用三維模型構建方法有兩種：一是利用計算機輔助軟件設計產品三維模型;二是利用逆向工程方法對已有產品進行三維掃描重構。本研究采用CAD軟件進行內六角扳手收納工具模型構建，能夠收納2mm、2.5mm、3mm、4mm和5mm五種型號的內六角扳手，如圖3所示。

②三維模型面化處理。產品模型中若干不規則自由曲面無法避免，制造前需對其進行近似處理以便于后續數據工作。目前增材制造領域的準標準接口文件格式是STL，它是利用一系列小三角面片來擬合原自由曲面模型，實現了三維模型面化處理。

③三維模型切片處理。增材制造工藝是按層截面輪廓進行加工，制造前需以三維模型高度方向為基準，每隔一定間距進行切片處理以提取各截面輪廓信息。切片層的輪廓線形式和切片厚度決定了零件制造精度和成型效率，層厚越小，成型精度越高，但成型時間也越長，本模型成型精度為0.15mm。

④截面加工與疊加。獲得切片截面輪廓信息基礎上，SLA增材制造系統中的激光掃描系統在水平面內依照計算機指令進行截面輪廓掃描，對液態光敏樹脂進行固化，底層截面支撐粘附在工作臺上。每層截面成形后，工作臺下降一個層厚使光敏樹脂均勻涂抹于已成形層面上，光束按照新一層截面數據進行固化成形，并與前一層面相堆積粘結，依次逐層掃描固化疊合，最終得到實體原型。

⑤后處理。零件成型完成后，從工作臺上分離，用酒精/丙酮清洗，利用刀片去除支撐。為了獲得良好的機械性能，在后固化箱內進行二次固化。處理后的模型如圖4所示。

模型制造完成后，裝入五種型號的內六角扳手，可滿足實際維修工具的收納要求，效果良好，如圖5所示。

3 ?結束語

本文以內六角扳手收納工具制造為例，探討了SLA增材制造的技術特點及制造步驟，生產結果表明，該方法打印出的汽車維修收納工具可滿足實際使用要求。只需要利用計算機，便能夠實現物體設計及生產，后勤保障部門的物資存儲將演變成設計數據信息的存儲，能夠更直接有效節約存儲空間，降低運營成本，同時維修更加的方便快捷，提高企業的工作效率，進而全面促進汽修行業的發展與完善。

參考文獻：

[1]葉園，陳曉航.基于FDM的汽車維修工具3D打印技術研究[J].山東工業技術，2016（19）：219-220.

[2]趙林.計算機輔助3D打印技術在汽車加工中的應用[J].內燃機與配件，2019（11）：233-234.

[3]潘海文，韓亞東.光固化成形工藝的發展及應用[J].蘇州市職業大學學報，2018，29（01）：32-34.

課題項目：福建省教育廳中青年教師教育科研項目（JAT170946）;全國交通運輸職業教育教學指導委員會2019年交通運輸職業教育科研項目（2019A09）。

作者簡介：呂翱（1990-），男，講師，碩士，主要從事汽車機電維修、增材制造技術研究。