3D打印技术在机械设计制造领域中的应用

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　　摘  要：随着社会经济以及科技的发展，3D打印技术也逐渐被人们应用到制造业中，并表现出了极大的经济价值，以3D打印为代表的高端制造业的增加值不断上升。3D打印技术的出现，也不断促进了我国机械制造领域的发展。3D打印技术将电器、计算机以及光学等先进技术融为一体，也因为成影速度快且材料的利用率较高的特点，在机械制造业得到了广泛利用和研究。该文将对3D打印技术在机械设计制造领域当中的应用进行研究。
　　关键词：3D打印技术;机械设计;制造领域
　　中图分类号：TH164          文献标志码：A
　　0 引言
　　目前，随着我国经济的发展，机械制造业也在不断进步，有很多企业都应用了3D打印技术，但是这项技术在我国机械制造领域当中被应用的时间并不长，而且在此期间，还出现了很多问题，甚至还限制了我国机械制造业的发展。所以，机械制造行业应当从源头发现这些问题，这样才能使3D打印技术发挥出自身最大的作用，从而推动我国机械设计制造领域的发展[1]。
　　1 3D打印技术的特点及原理
　　1.1 3D打印技术的特点
　　3D打印机之所以被称为“3D”，是因为3D打印机的打印成果并不局限于文本，而是能将计算机内所绘制的虚拟三维图形转变成具体的事物，所以3D打印技术是一项增材制造并快速成型的高科技技术。3D打印机不仅可以随时进行生产，特别是在打印的零件非常小的情况下，能够避免由于生产线启动烦锁而造成的成本浪费，而且3D打印技术的原理也决定了，在产品的制造过程中，是无法受到产品结构制约的，3D打印机可以制造出结构非常复杂的实体物品。这样看来，3D打印技术和传统的制造方法相比，不仅减少了材料的浪费，还降低了加工的成本[2]。
　　1.2 3D技术打印的原理
　　3D技术打印原理，主要分为3个步骤。1）需要在计算机内设计出需要打印产品的三维电子模型的形状和尺寸等。2）将3D打印机和计算机进行连接，3D打印机就会对已经建立好的三维图形数据信息进行分割。3） 将已经分割好的平面信息由3D打印机自动按照打印路线进行逐层打印，最后成型。
　　2 3D打印技术的优势
　　在建造产品的过程中，3D打印技术能够使得工厂在制造产品时，减少材料浪费，增加机械制造企业的经济效益。另外，3D打印技术还存在着很大的设计空间，所以机械制造行业能够对这些技术不断地进行创新，3D打印技术对空间的要求也比较小，所以这项技术能够适应当前制造行业的各类环境。机械制造行业如果能够普遍采取3D打印技术，那么就能够通过这项技术来完成对批量制造零件的复制，不仅提高了工厂的制造效率，还减少了企业对人力物力的使用，3D技术还能处理产品制造过程中出现的治疗缺陷问题，确保了产品的质量[3] ，为企业谋得了更多的经济效益。
　　3 3D打印技术的发展前景
　　3.1 材料的多样化
　　图1为2018年度3D打印材料价值量占比统计情况示意圖。就当前的统计来看，使用3D技术的制造业的所占份额还是少数的，其中最重要的一个原因就是受到打印材料的限制，3D打印材料从类型上具体可以分为金属耗材、塑料耗材。目前金属材料在3D打印技术行业中正在快速的扩张着，但是由于受到材料性能的限制，所以其主要用于模具的生产当中，但是金属3D打印除了可以兼具无模化的定制优势以外，其打印效果和打印质量与传统的工艺相比也有着明显提升，因此3D打印技术具有更大的潜能。
　　3.2 技术的创新和应用范围
　　材料的多样化能够推进3D打印技术的创新和发展，尤其是在产品的精度、产品的打印速度、产品种类以及3D打印机的智能化上。当前中国3D打印技术和国外相比，仍然存在着很大差距，由于3D打印机的技术研发水平不高，且市场应用不太广泛、市场的衔接度较低，因此并不能产生比较大的经济效益，图2为2013年～2017年度3D打印技术专利的申请数量统计示意图。结合图2数据可知，截止至2017年为止，我国3D打印技术专利的申请数量为9 809个。
　　在当前的建筑和医学领域中，3D打印技术的应用还存在很大的局限性，甚至还有一些行业并未涉足此项技术的应用，随着社会科学技术的发展，3D打印技术也会因为技术的改进和创新，普遍的应用到各个领域当中，使其发挥更大的作用，现阶段有关3D打印行业应用领域的结构分布情况如图3所示。
　　3.3 价格的控制
　　虽然3D打印节省了材料降低了加工成本，但是和传统的方式相比较，现阶段的3D打印机中，功能比较齐全且精度要求高的打印机，就本身的价格来说，对于一些规模非常小的企业来说还是比较昂贵的。随着技术的发展和材料的不断完善，3D打印机本身的制作成本也会降低很多，设备的价格也不再会是问题。
　　4  3D打印技术对机械设计制造业的影响
　　4.1 推动机械制造业的创新和发展
　　3D打印技术能够快速地将概念产品转化成现实的产品，在这一过程中，还能对设计的产品进行修改和调整，从本质上改变传统的产品生产方式，推动了集中式生产的转变，激发了机械制造业的创新能力。3D打印技术可以激发设计人员的创新意识，提高了产品更新的速度，缩短了产品的设计周期和设计成本，提升了机械制造企业的经济效益。
　　4.2 缓解机械制造业产能过剩的问题
　　产能过剩是我国当前传统机械制造业中存在的普遍问题，由于产品的同质化非常严重，而且质量未达到出口标准，国内一时又无法消化，不仅浪费了大量的资源，也影响了企业的资金流动。就目前的形式来看，机械制造技术如果可以迎合大众的需求，利用3D打印技术实现定制化生产，根据客户的需求进行生产，不仅生产周期短，而且效率还特别高。3D打印技术为机械产品的设计提供了便捷性，环保效益还特别显著，有效地缓解了机械制造产业产能过剩的问题。
　　5 3D打印技术在机械设计制造过程中的应用
　　5.1 加快机械产品的开发速度
　　产品质量在企业机械制造过程中极其重要，传统的生产技术在对零件进行加工时，耗费了企业大量的人力及物力。就算是这样，生产出来的零件在质量上也很有可能会出现问题。另外，企业通过传统方式制造出的零件，在进入市场售卖前，是需要进行质量检测的，如果产品出现了质量上的缺陷，那么就会被报废，企业也会受到严重的经济损失，这也使得我国的机械制造领域的发展变得缓慢。因此，相关部门应当加大对3D打印技术的开发力度，促进我国企业的生产效率和产品质量的提高，推动我国机械制造行业的发展。
　　5.2 转变了传统的设计理念
　　机械制造行业能够利用3D打印技术制造产品，这样不仅能够保证产品的质量问题，而且还减少了企业在人力资源上的资金投入。另外在产品制造过程中使用3D打印技术，可以使加工的过程得到一定程度的简化，有效提升了企业的经济效益。由于部分特殊零件的制作要求非常高，并且种类也较为复杂，不能大批量的生产，所以导致传统的生产效率大幅度下降，如果采用3D打印技术对这些零件进行制造的话，不仅能够使加工过程变得简易化，还能使效率得到提高，产品的质量也能够得到有效保证。
　　6 结语
　　为了使生产出来的零件能够符合消费者对小部件的各方面要求，我们应当对机械制造行业的打印质量不断地进行完善和提高，促进我国3D打印技术的发展，使其在机械制造领域能够发挥最大的作用。
　　参考文献
　　[1]郭小燕.3D打印技术在机械制造中的应用探讨[J].南方农机，2020，51（6）：199.
　　[2]戴岩.3D打印技术在机械制造中的应用研究[J].信息记录材料，2019，20（10）：111-112.
　　[3]徐春荣.在机械制造领域中3D打印技术的应用探析[J].电子元器件与信息技术，2019，3（9）：82-84.
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