浅谈3D 打印技术在机械产品数字化设计与制造中的应用

于罗钦

（西安交通大学，陕西 西安 710049）

时代的发展，为我国制造业的发展带来了机遇与挑战。我国经济处在发展的关键期，为解决经济发展中的问题，需对传统制造业进行升级，融入智能化技术。3D 打印技术适应制造业转型升级的要求，能够推动机械产品数字化设计与制造的发展。智能制造具有良好的发展前景，适应社会的发展要求。

1 3D 打印技术的原理

数字模型是3D 打印技术的重要组成部分。3D 打印技术使用金属粉末等材料，在相关载体上，逐层打印叠加，得出产品三维原型。三维建模和测量软件在3D 打印技术中得到了广泛运用，能够利用产品相关数据信息，对产品进行设计与制造。数字化是3D 打印技术的重要特点。在生产小型和数量较少的产品时，3D 打印技术能够加快产品设计的时间，在最短时间内对产品完成生产制造，能够满足人们的特定需求，完成产品生产。不过，通常会受到材料使用的局限，出现产品强度较弱等问题。因此，大多用于数量较少、结构复杂等产品的生产制造。

2 3D 打印技术在机械产品设计与制造中的应用

2.1 三维测量与物体重建

3D 打印技术在人工智能领域占据着主要地位，属于人们的视觉感知范畴。其中融入了多种学科知识，如算法、光学等学科。3D 传感技术主要运用于新型人机交互领域，在感知识别领域中也获得广泛运用。飞行时间、结构光是3D 传感技术主要运用的方案。3D 传感技术以物理学中光折射原理为依据，得出景深图像。充分利用红外激光等技术，对机械产品的三维轮廓进行扫描。对于三维测量来说，需要借助衍射光学元件、图像传感器等，结合各种类型的算法，完成三维测量步骤。当前3D 传感摄像头已经运用到三维扫描仪中，人们实行扫描功能时，可以将物体拿在手中直接进行扫描，并且扫描精度能够得到一定的保证。另外，3D 打印技术在物体重建方面已经获得较大发展。三维测量充分运用3D 传感技术，物体重建充分发挥3D 打印技术的优势，两者进行有效结合，能够让3D 产业更加健全。制造业的未来发展中，智能制造会占据着越来越重要的地位。中国属于制造业第一大国，3D 产业中的技术是制造业发展中最为需要的。3D 打印技术与传感技术能够提升制造工业的自动化水平，与互联网技术进行有效结合，加快制造业的转型升级步伐，进而在市场中获得更多的竞争力，提升国家综合实力。

2.2 机械产品数字化设计与制造

机械产品设计、制造、模具制作等行业都广泛运用了3D打印技术。3D 打印技术对机械产品数字化设计与制造有着重要作用，能够促使产品实现创新，加快新产品的开发速度，适应未来社会的发展趋势。在机械产品进行数字化设计与制造过程中，能够缩短产品的生命周期，从而发挥集成系统的优势，提升集成系统数字化水平。集成系统可贯穿产品设计制造的全过程，包括设计、制造、生产等环节。并帮助产品进行三维建模，充分利用虚拟技术对产品进行装配及制造。3D 打印技术可以在较短时间内完成产品的成型过程，避免浪费较多的成本，开发时间比较短，不会对环境产生污染，有着诸多的优势。机械产品设计与制造中，多数企业会使用3D打印技术减少产品的开发时间，提升企业的经济效益，加快产品的设计速度。航空航天领域也较多使用数字化技术，在对飞机进行设计与制造中，利用数字化技术进行仿真设计，与互联网技术进行结合，能够提升制造飞机的效率，降低研发成本。对飞机进行风洞实验前，需要先制作模型，利用3D打印技术对模型进行制造，可以缩短制作飞机模型的时间，加快模型制造的速度。3D 打印技术还可以用于汽车制造领域，如用于汽车造型、汽车模型等的制作。3D 打印技术能够加快汽车模型研发的步伐，在汽车产品研发中有着非常重要的作用。使用3D 打印技术研发的产品模型，可以更加直观地展示产品的形象，提升制作人员的工作效率，缩短产品设计的时间，让企业研制的产品在市场竞争中获得更多的优势，从而避免在市场中处于被动的地位。3D 打印技术在磨具设计与制造中具有不可替代的作用。产品模具对于产品的生产过程十分重要。模具研发过程能够充分融合3D 打印技术，实现模具的逆向数字化研发。可以分为三个步骤来进行。一是对模具进行逆向数字化研发，二是运用数字化技术对其进行设计，三是对模具进行制造。3D 打印技术能够提高模具制造的质量，进而提升产品的经济效益。

2.3 3D 打印技术在产品设计与制造中的发展

在产品研发过程中，3D 打印技术占据着非常重要的地位。数字化设计是产品研发中的重要组成部分。多数企业对三维数字化设计技术更加青睐。数字化技术涉及设计模型、工艺描述、管理等信息。在产品设计与制造中，充分发挥三维数字化技术的优势，能够以产品相关数据为基础，对产品进行制造，缩短了传统产品研发的流程。在传统产品设计中，需经历多个步骤，研发流程容易出现断裂问题。实施三维数字化设计与制造，需要运用检测技术、数模的产品定义等内容。在产品数字化设计与制造过程中，三维技术具有重要作用。智能制造技术在制造业发展前景中会得到广泛应用，是企业应该重点攻克的难点。目前，经济发展注重稳中求进。需要提升经济发展的质量水平，加快产业结构的转型升级，以供给侧结构性改革为主线，提高企业产品制造的质量，进而提升企业的经济效益。

随着3D 打印技术的不断发展，政府要建立全面的管理监督体系。针对智能制造领域，制作专门的规定。加大对产品科研的投入，支持相关研发机构将更多的资源投入智能设备的研发中，提升3D 打印设备的智能化水平，促使3D 打印技术成为创新的核心技术，进而研发出更多的高智能产品。需要健全3D 产业标准体系，制定相关行业规范，完善知识产权保护等方面的法律，提升技术评价的科学性，增强检测认证的权威性。充分利用互联网技术，创建3D 产业互联网平台，促进3D 产业长远发展。

3 结语

在机械产品数字化设计与制造过程中，3D 打印技术受到更多的重视。将3D 打印技术应用到机械产品设计与制造中，能够提升产品的智能化水平，为产品设计理念注入新的活力，减少设计资金的投入，在较短时间内完成机械产品的研发工作。科学技术的发展为3D 打印技术的发展提供了动力。如今制造行业面临着转型升级的问题，3D 打印技术能够为其升级提供助力，提升行业整体水平。未来的时代具有科技性的特点，技术变得越来越重要，需要不断对科学技术进行创新，提升智能制造的质量水平，加快制造业转型升级的步伐，从而更加适应未来社会的发展需要。