3D打印技术在机械自动化领域的应用

2018-12-27郝泽芃

数码设计 2018年3期

郝泽芃

（景山学校远洋分校，北京，100043）

引言

随着3D打印技术的不断完善，该技术具备的减少成本、提高运行效率优势的受关注程度不断提升，机械自动化领域的3D打印技术应用也开始成为研究的热点，而为了保证3D打印技术较好服务于机械自动化的发展、加快3D打印技术实用化进程，正是本文围绕该课题开展具体研究的原因所在。

1 D打印技术及其对机械自动化领域产生的影响

1.1 3D打印技术的概念分析

3D打印技术是一项具有综合性特征的技术。3D打印技术的理论最初源自于机械制造学，但是随着社会科学技术水平的不断提升，这种技术又逐渐融合计算机学、材料学等学科。3D打印技术不仅是世界第三次工业革命的关键标志，而且是新工业兴起的标志。这种技术主要应用的是逐层打印的方法，使原材料在不断叠加的过程中完成塑型。当前3D打印技术在很多领域都得到有效应用，由于与普通打印机的应用原理相似，因此操作比较便利。从机械自动化的角度来看，3D打印技术能够使各项资源得到有效整合，并且实现更加个性化的制造。

1.2 3D打印技术的优势分析

作为一种基于快速成像原理的3D层面打印技术，3D打印技术具备智能化、定制化、生态化优势，具体优势如下所示：（1）智能化。3D打印技术的智能化优势源于计算机软件的支持，而由此实现的传统制造工艺与信息技术发展成果的结合，便能够满足人们的个性化需要。（2）定制化。受需求多样化影响，近年来传统制造业往往给人力有未逮之感，但3D打印技术取能够通过计算机资源、结合个人需求实现私人定制，这同样属于该技术优势的具体展现。（3）生态化。相较于传统技术，3D打印技术能够大幅降低对周边环境的污染，这使得3D打印技术能够较好服务于我国资源节约型、环境友好型社会创建[1]。

1.3 3D打印技术产生的影响

随着3D打印技术的不断完善，3D打印技术对机械自动化领域的影响日渐显现，这一影响主要体现在机械制造自动化格局调整领域。对于3D打印技术来说，基于数据资料创作相应模型输入其主要结构格局，而相较于传统的机械自动化生产，3D打印技术的应用可实现产品质量的提升、产品类型的增多、生产周期的缩短，以往难以被生产或生产成本较高的结构特殊产品也能够在3D打印技术的支持下实现轻松生产。在笔者的实际调查中发现，近年来国内外很多大型企业开始投身基于3D打印技术的机械自动化领域研究，我国很多高校也开设了相关专业，可见3D打印技术对机械自动化领域格局产生影响的重要与深远[2]。

2 3D打印技术在机械自动化领域的具体应用

3D打印技术的应用原理与一般打印机异曲同工，但是普通打印机只能打印平面物体，而3D打印技术则能直接将物体进行还原。3D打印技术主要以计算机、数学建模等技术作为应用原理，在节约制造时间的前提下实现实物构造，将电子设计模型直接还原，并且以立体化的形式呈现出来，当前3D打印技术在很多领域都得到有效应用，尤其是机械自动化领域。具体来看，该技术的应用主要体现在以下几个方面：

2.1 SLM技术的具体应用

SLM技术属于3D打印技术的重要组成，因此近年来3D打印SLM技术在机械自动化领域实现的较为广泛应用必须得到关注。3D打印SLM技术具备加工标准金属致密度超过 99%、力学性能较为优秀、所加工零件可后期焊接等优势，这使得近年来3D打印SLM技术广泛应用于小批量零件生产、原型制作、注射模具等领域，而结合3D打印SLM技术的应用探索不难发现，3D打印SLM技术能够满足机械自动化发展需求，这种需求的满足主要体现在金属零件组装合理性保障、直观表达金属零件截面轮廓数据参数，而在技术原理支持下，3D打印SLM技术能够使用相应金属粉末实现三维金属零件的自动化堆积。从机械自动化角度开展分析不难发现，3D打印SLM技术的应用解决了传统金属零件加工制作模式的弊端，而这就为机械自动化推进、金属零件加工制造效率提升提供了有力支持。但在3D打印SLM技术的应用实践探索中，该技术存在的价格昂贵、速度偏低不足也必须得到关注，这种不足不仅出现于我国机械自动化领域的3D打印SLM技术应用，更属于现有技术下3D打印SLM技术存在的缺陷，因此业界必须在SLM设备的优化研发领域投入高度关注，以此不断提升3D打印SLM技术的性价比、解决其自身缺陷，机械自动化领域便能够获得充足的发展动力。总之，相较于传统机械自动化领域的金属零件加工，3D打印SLM技术具备多方面优势，该技术应用实现的机械自动化设备重组效果提升也将为该领域的发展提供支持[3]。

2.2 增材技术的具体应用

增材技术是3D打印技术在机械自动化领域中的典型应用，这种技术主要应用的是叠加原理，使原材料在不断增加的过程中完成塑性[4]。在实际应用中，可以先设定三维坐标，然后采用离散原理和堆积原理对坐标进行切片，从而使实物得到直观的展示。由于增材技术在应用中还融合数学分析法、数学建模法、图像仿真技术、图像处理技术、机电技术等诸多领域的方法，因此也存在较多的局限性，例如在金属材料成型的过程中，必须对材料分组进行合理控制，这是因为增材技术在实际应用中会使原材料层层堆积，如果不对堆积的过程进行控制，就会导致金属表面产生氧化现象，或者由于厚度过大使实物的精度受到影响。在对比较粗糙的表面进行处理时，必须采用多光束配合制造，并且保证各个光束的热量和频率保持一致。

2.3 3D打印技术与CNC技术的整合

3D打印技术在实际应用中会不断叠加原材料，从而达到最终的造型，而CNC技术在应用中则会不断的削减材料，从而达到塑型的目的，将3D打印技术应用于机械自动化加工时，必须将3D打印技术和CNC技术相结合，在相互补充的基础上实现制造工艺流程的进一步简化和制造效率的提升。传统机械自动化制造中数控技术只能应对工艺相对简单的产品，但是在复杂工艺应用中存在一定的局限性，而3D打印技术与CNC技术的结合能够有效转变这一现状，使数控技术的应用领域得到有效拓展，从而使模具设计和加工的成本得到有效控制，原材料也不会在制造过程中发生浪费现象。

2.4 3D打印技术与机械自动化的整合

简单了解3D打印SLM技术在机械自动化领域的应用后，3D打印技术与机械自动化的整合趋势也必须得到业界人士关注[5]。3D打印技术的原理与传统打印机类似，其应用流程可简单描述为“有序喷出材料→采用高科技手段进行高效定型”，而随着机械自动化领域的不断推进，如何进一步降低成本、更好满足市场需求已经成为机械自动化领域的共同追求，这一追求的满足便可以通过引入3D打印技术实现，由此实现3D打印技术与机械自动化的整合，机械自动化领域进一步发展必将面临的转型升级困难、产品质量提升困难等问题将轻松解决，3D打印技术与机械自动化领域的原有优势也将实现高质量整合。值得注意的是，虽然3D打印技术具备多方面优势，但考虑到该技术距发展完善尚存在一定距离，业内人士不应单纯的将3D打印技术视作传统机械自动化的对立面，只有真正认识到3D打印技术与机械自动化的整合基础与前景，我国机械自动化行业才能够获得更为强劲的发展动力。