3D 打印技术在矿山机械制造中的应用

李 薇

(南充职业技术学院 机电工程系，四川 南充 637131)

为转变经济发展方式，推动我国制造业发展，2015年5月8日，国务院印发《中国制造2025》行动纲领，旨在通过工业化和信息化深度融合，实现传统制造业向智能制造转型，将“增材制造”（又称“3D打印”）列为制造业创新中心重点建设工程[1]。

工业和信息化部、发展改革委、财政部联合印发了《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》，明确部署了增材制造在专用材料、工艺技术、制造装备、核心器件等方面的发展战略，促进了增材制造（3D打印）技术的快速发展[2，3]。

1 3D打印技术的原理及特点

3D打印技术又称增材制造技术，以金属粉末或塑料粉末为材料，利用计算机辅助设计（CAD）或计算机动画建模软件对产品进行建模，再将三维模型从纵坐标方向进行剖切形成有限多的平面，通过逐层打印叠加的方式来得到3D实体，融合了CAD和计算机动画建模，数控、测量、激光等众多学科。

3D打印技术主要有以下特点：第一，数字制造，利用建模软件和测量软件将产品结构数据化，并利用数字文件充当制造模具，接受计算机传输指令，利用3D打印设备对器件进行加工制造；第二，降维制造，打印过程中对物体进行降维，把三维结构转变为二维，然后把二维的物体结构逐层叠加，最终得到立体结构。由简单到复杂，实现柔性化制造；第三，直接制造，可不用考虑机床和夹具的设计，直接打印矿山机械设计里不能实现装配的结构复杂的零件，减少了组装、拼接的过程，保证了产品的精度和灵敏性。

2 3D打印技术的优势和缺陷

2.1 优势

第一，智能化，3D打印技术以数字文件为模具，以新型粉末为材料，以3D打印设备为制造工具，用计算机传输指令，直接加工各种产品，是具有代表性数字制造技术，对制造过程进行智能化控制，实现机器换人。第二，定制化，由一台3D打印设备代替大部分零件生产设备机器，完成所有制造工序和零部件的生产，缩短产品设计和生产周期，替代规模制造和复杂的生产线，实现个性化生产。第三，生态化，传统的矿山机械加工多采用不可再生的金属材料，冶金过程产生较多废水、废气、废渣，采用车、铣、刨、磨等减材制造工艺，材料耗损量大。

2.2 缺陷

第一，强度不足，3D打印的部件是层层堆叠起来的，致密性较低，与传统切削加工相比，强度、硬度、抗剪性都较差。第二，材料限制，3D打印使用的材料单一，并且单一产品只能一次成型，不能叠加。如果产品材料不同，则需要分开打印然后再组装加工，因此仅适用于造型复杂、小批量、高精度零部件的生产制造。

3 3D打印技术在矿山机械制造中的应用

3.1 提升矿山机械制造智能化程度

我国制造业大而不强，长期依赖廉价劳动力，资源消耗量大。

随着人口红利降低，环境问题日益突出，为提升我国制造业整体水平，国家提出“中国制造2025”总体战略，推动劳动密集型产业向技术密集型转型。

3D打印增材制造的特点，省去了矿山机械加工、热处理、焊接等工艺过程，减少了对流水线上体力劳动者的需求，实现机器换人。

3.2 节约矿山机械制造成本

利用传统制造工艺进行产品加工，需要首先根据产品原型进行数据测量，在矿山机械制造软件中构建模型，并利用数控加工制作模具，最后根据模具加工与原型一样的产品。

一个复杂零部件的生产，需要许多不同机床共同完成，固定资产投入大，最终的成品还有可能成为废品，制造成本较高。

3D打印技术使用一台3D打印机就可以制造出各种各样的复杂零件，替代复杂的生产线，实现柔性化制造。同时智能控制产品质量，减少废品率，能有效提高生产效率，节约制造成本。

3.3 更新矿山机械设计理念

传统的矿山机械设计周期较长，一个产品从构思到设计出模具需要较长的时间。从模具到加工为成品需要较长的生产线，多种设备一起运作，加工出数量众多的小零件，生产过程复杂。

对技术人员操作水平要求较高，整个矿山机械产品的功能实现受零部件的精度和稳定性影响较大。

3.4 3D打印技术在矿山机械制造中的发展

为推进3D打印技术在矿山机械制造中的发展，政府要加强统筹协调和监督管理，加快知识产权、3D打印危险器具等方面的立法。

建立完善的产业标准体系，制定3D打印制造工艺、装备、材料、数据接口等行业及国家标准，建立技术评价和检测认证体系，使工艺和产品规范化，淘汰落后产能。加大财税支持力度，支持企业研发3D打印需要的金属、非金属、有机高分子、生物等增材制造材料，提高材料的强度、耐高温等使用性能。

4 结语

3D打印技术以数字文件为模具，以新型粉末为材料，以3D打印设备为制造工具，用计算机传输指令，替代规模制造和复杂的生产线，直接加工各种产品，缩短产品设计和生产周期，同时提高材料利用率，实现绿色制造。3D打印技术的应用能显著提升矿山机械制造的智能化程度，节约设计成本，更新设计理念，但其存在材料强度不足、选材单一、知识产权争议等方面的问题。

参考文献

[1]国务院.关于印发《中国制造2025》的通知[Z].国发[2015]28号,2015-05-08.

[2]工信部,发改委,财政部.国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）[Z].工信部联装[2015]53号,2015-2-11.

[3]扈恩同.3D打印技术在机械制造中的应用研究[J].世界有色金属,2018(1)：42-43.