淺談3D打印技術應用在軌道結構領域

王嬋

摘要：三維打印技術是一種利用金屬粉末或塑料等粘合材料逐層打印物體的技術，近年來在許多領域得到了蓬勃發展。三維打印需要工件的表面信息。利用三線坐標測量儀可以獲得外表面信息，從CT掃描中獲取內表面信息。介紹了ICT技術與3D打印技術相結合的應用模式。CT系統對工件進行掃描，生成一系列的CT圖像。圖像被加載到VGStudioMAX軟件中，以獲取內部和外部表面信息。根據這些信息，工件將通過3D打印機打印。由于ICT系統的廣泛應用，三維打印技術的應用范圍將不斷擴大。

關鍵詞：3D打印技術;應用;軌道結構領域

引言：

軌道結構CT系統為產品提供了三維、高精度的掃描，形成了具有產品材料和結構信息的高精度三維CT數據集。軌道結構CT和3D打印技術是兩種互補的技術，在軌道結構應用中具有很強的相關性。本文簡要介紹了三維打印技術的工作原理和應用，重點闡述了三維打印技術在軌道結構生產和發展中的優勢。本文詳細介紹了軌道結構CT和3D打印技術的綜合應用，并介紹了ICT技術與3D打印技術相結合的應用模式。

1.3D打印技術

高精度軌道結構CT和三維打印技術是世界上最先進的三維掃描和三維制造技術。目前，三維打印的數字模型主要是由光學掃描提供的，通過可見光從掃描目標周圍的360°角度拍攝圖像。三維表面結構軟件計算、修改、生成數字三維物體表面圖像，并將數據傳送給3D打印機。3D打印機逐層形成固體。該方法僅能獲得物體的外部結構數據，并通過三維打印進行構造。對于復雜的物體，如具有內腔結構的工件，很難處理。軌道結構CT技術可以實現復雜結構物體的高精度三維內部結構，無需接觸和破壞物體，可以為三維打印提供高精度的數字信息。[1]

近年來，高精度軌道結構CT和三維打印技術在各自的服務領域都得到了迅速的發展。在軌道結構設計和制造領域，這兩種技術還沒有得到有效的結合。但在技術上，軌道結構CT和3D打印就像一對孿生技術，構成了制造業的兩個發展方向。[2]

（1）高精度軌道結構CT將產品分割成橫截面層，得到產品的三維數字數據模型。這是一個與真實物體的數字微分過程。

（2）三維打印技術根據產品的三維數字模型，采用分層疊加技術制作產品。它是一個從數字數據到真實對象的集成過程。[3]

軌道結構CT和3D打印在設計和制造領域的結合，將完成“產品-軌道結構CT掃描-三維數字模型-三維打印快速原型”的過程。該工藝綜合了軌道結構CT和3D打印的優點，實現了高效、方便的新型設計和制造模式，提高了科研和制造設計領域的能力。[4]

2. 3D打印技術應用在軌道結構領域

在這篇論文中，我們提出了一種在稀疏的非重疊攝影機集合上追蹤和辨識軌道結構的方法。通過非重疊視圖識別軌道結構需要一種算法，該算法能夠處理由于姿態和照明變化而引起的觀察圖像的變化。我們建議使用軌道結構的三維結構來處理由于姿勢而引起的變化，而統計外觀模型則考慮到由于照明而產生的變化。我們為軌道結構保留了一個指紋，包括三維結構和外觀模型。提出了一種估計目標三維存在性的算法。地平面約束為跟蹤提供了一個緊湊的狀態空間表示。結構的在線恢復提供了明確處理相機姿態變化的能力。指紋在整個網絡中共享以生成一個觀察列表，當新目標進入感應區域時，根據該列表對其進行驗證。以下是應用軌道結構CT掃描三維打印技術研究結構的實例。

2.1打印3D在軌道交通鑄件開發和制造中的應用

首先，像某些泵一樣的工件被高能X射線軌道結構ctt系統掃描。通過錐束掃描和圖像重建，獲得了工件的一系列二維CT圖像. 傳統的三維打印CT圖像處理方法包括二值化、邊緣檢測、輪廓跟蹤等一系列過程。通過這些圖像處理，將CT圖像轉換成STL或CLI文件，通過切片程序進行管理，最終轉化為機器讀取的掃描路徑。這種方法具有較大的精度失真，如何切割中間環節，提高打印精度一直是CT圖像和三維打印領域的主要問題。在對開源軟件CuraEngine進行研究的基礎上，特別是它的一般思想和具體細節，實現了直接將CT橫斷面圖像逐層打印到三維物體切片中的代碼，并進行了實驗驗證。結果表明，該方法能正確生成gcode文件，對實體對象有較好的效果，但對空心文件仍存在一些問題。

采用 SLS 砂型打印技術、SLA 高分子剛性模具打印技術和數控加工技術的組合模式，可以實現覆膜砂型（ 芯） 、蠟 模、模具的多品種小批量生產能力，常態服務于軌道交通鑄件的開發和生產中，并將砂型鏤空設計、自體支撐、梯度打印等專有技術進一步深化，已拓展至汽車零部件等新產業服務領域。

2.2金屬 3D 打印技術在軌道交通產品應用的探索

金屬 3D 打印技術具備微區熔池的快速熔化 - 凝固特點，產品微觀晶粒細小均勻、溶質偏析傾向小，輔助采用遠離平衡態的溫場控制技術、支撐設計技術、合金化匹配技術等，可實現高性能金屬零部件的直接成型，產品精度、復雜程度、力學性能遠高于鑄件產品。

結束語：

3D打印是一種快速發展的添加劑制造技術，它利用金屬或塑料等粉末材料來構建基于數字模型文件的物體。3 Dprint是一種新興的高端制造技術，廣泛應用于制造業等領域。在過去的幾年里，這項技術悄然改變了制造業的格局。

參考文獻

[1]李業鵬.淺談3D打印技術在特戰裝備維修保障中的應用[J].神州，2020，（22）：238，240.

[2]呂惠成，李斯琴.淺談3D打印技術在復雜創傷骨科教學中的應用[J].中國繼續醫學教育，2020，12（6）：18-20. DOI：10.3969/j.issn.1674-9308.2020.06.008.

[3]袁泉.淺談3D打印技術在復雜創傷骨科教學中的應用[J].百科論壇電子雜志，2020，（6）：967-968.

[4]于羅欽.淺談3D打印技術在機械產品數字化設計與制造中的應用[J].中國設備工程，2019，（13）：186-187. DOI：10.3969/j.issn.1671-0711.2019.13.099.