3D打印技術對機械制造業的影響分析

陳崇軍

摘 要：當前機械制造業的科技水平同過去相比不可同日而語。科技的發展必然會刺激機械制造業向前進步。3D打印技術是一種新科技、新技術，雖然在現階段還處于不斷改進和進步的階段，但是對機械制造業方方面面的影響是深遠的。文章將通過分析3D打印技術原理和優勢，闡述3D打印技術對機械制造業的影響。

關鍵詞：機械制造；3D打印；影響

中圖分類號：TH16 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）20-0036-02

前言

3D打印技術的橫空出世是科技高速發展的結果。3D打印技術的獨特功能可以應用到多個領域，其中在機械制造業上，3D打印技術使機械制造業能夠走上新的巔峰。3D打印技術是一種以數字模型為基礎的條件上用金屬、塑料等材料進行粘合，通過逐層打印疊加的方式來構造物體的技術。

這一技術能夠用最快的速度實現模型的展現。而且3D打印技術能夠通過計算機進行成型模擬，減少了傳統制型所使用的模具等材料的使用。當前世界科技發展以“數字化”為核心理念。新能源、新材料和新機械等技術要求越來越多被提及和重視。這將是人類的“第三次工業革命”。3D打印技術的投入使用，對機械制造業的發展將起到提升作用，那么這一技術究竟會對機械制造業產生哪些影響？這是本文將敘述的內容。

1 我國機械制造業的概況

機械制造業的發展決定了一個國家的制造業的整體水平，在工業化之路上，我國機械制造業一直處在蓬勃發展階段，建國以來，我國機械制造業不斷取得突破和進步。

雖然我國機械制造業取得了長足的進步和發展，但是相對于歐美等發達國家還存在一定的差距，我國在一些大眾機械產品的建設和設計上存在明顯不足，隨著科技水平的發展，發達國家大量高科技的機械制造技術相應出現，這使得我國在一些技術含量較高的機械產品生產上面捉襟見肘。這也說明了我國機械制造業還處在傳統制造時期。

我國機械制造業生產的自動化和智能化相對不足和落后，一些機械制造需要大量的人力和物力，制造環節麻煩復雜，消耗了大量的資源和資金，這種生產模式很難提高機械制造業的經濟效益。

近年來，我國機械制造業注重對新技術的應用，比如領先的CIMS技術，這種技術CIMS是通過計算機集成技術將人、技術、經營管理三要素及其信息與物流有機集成并優化運行的復雜的大系統。通俗來講就是要實現生產的智能化、信息化和自動化。[1]這一技術在一些大型機械制造企業已經得到重視并開始啟用，但在一些中小型的制造企業還是存在生產智能化與自動化的不足。這主要因為機床編程復雜，且可編程控制器使用率較低，導致制造業基礎自動化的普及還比較欠缺。

由此看來，我國機械制造業雖然一直在發展進步，但是在生產的智能化自動化領域明顯落后于世界潮流，相關核心技術使用上還存在一定的瓶頸，因此，我國機械制造業必須在平穩進步的過程中，加大對機械制造業的改革，努力實現生產的自動化和智能化。

2 3D打印技術的優勢

3D打印技術的應用是未來機械制造業的發展趨勢，現在制造業已經朝著數據化的方向發展進步，3D打印技術在制造復雜物品時能夠降低成本，同時還能增加產品的多樣化，3D技術的設計空間還具有一定的廣闊性，其制作材料能夠無限組合，實現精確的實體復制，這在很大程度上能夠促進和提高制造業的創新能力。

3D技術的一大優勢還在于制造端占用空間比較小，能夠實現便攜制造的模式，大大提高了工作效率。該技術可以加工傳統方法難以制造的零件。傳統制造零件的方式大多是采用模具，在面臨一些工序復雜的零件制造時存在一定的困難，極大地限制了加工水平的發展。與之不同的是3D打印技術獨特的立體打印技術能夠實現對復雜零件的復制，從而解決了這一加工難題。

3D打印技術能夠縮短制造準備和數據轉換的時間，能夠減少產品設計周期和實驗制造，能夠促進和配合機械制造業進行實驗性的制造，而且能夠縮短工期和降低成本，該技術的應用能夠刺激機械制造業的產品開發能力。

此外，3D打印技術具有制造速度快，適用性高的特點，該技術的優勢能夠解決制造業在生產制造過程中各種缺陷。如一些復雜結構、零配件的制造，重型機械和一些高科技含量較高的機械都需要利用3D打印技術，其對提高機械產品的穩固性和連接強度要遠遠高于傳統方法。因此，3D打印技術的優勢能夠提高機械制造業的產品制造能力，豐富機械制造業的創新能力。

3 3D打印驅動控制原理

3D打印設備的構成與傳統打印機較為相似。3D打印機也是由控制電路、驅動電路、數據處理電路、電源及輸入輸出模塊這幾個部分構成的。

我們就以閃鑄Adventurer系列的3D打印機為例，這種打印機高溫噴頭比較特殊，而且由控制電路和輸出基板等部分組成，其重要控制是操作電腦完成，打印機可通過USB數據線插入電腦數據接口，也可以使用預先儲存下載的模型文件或者通過U盤、SD儲存卡等導入3D模型文件，操作人員可以通過LCD打印控制界面來進行控制打印。

3D打印機的電路板采用的是ATmega1280-16AU（16MHz）8位AVR微處理器，這個電路板能夠通過處理，將3D模型文件轉換成X、Y、Z軸的形式，并形成噴頭供料數據。[2]之后工件輸出基板會在X軸和Y軸上平面移動，系統會預先設置好高溫噴頭的供料的速度以及高溫噴頭垂直移動的速度，精準地噴在工件輸出基板上，然后最后要做的模型就順利形成了。

在進行3D模型打印時，材料放在兩個方向是向中間運動的輥輪上，兩個輥輪能夠對材料產生一定的摩擦力，料盤會對材料產生拉力，拉力和摩擦力共同作用產生了驅動力。

4 3D打印技術對機械制造業的影響

4.1 提升創新能力，實現生產智能化

（1）3D打印技術能夠激發機械制造業的創新能力，運用該技術的獨有優勢，能夠快速完成原型制造，能夠更高效地將概念產品化為現實產品，我們可以在這個過程進行修改和重新設計，能夠激發設計人員的創新，該技術的普及將會改變傳統機械制造業產品的更新速度。

（2）制造業在生產制造機械之前需要進行設計，在制造業激烈競爭的大背景下，設計周期的長短直接關系到最終的產品效益。3D打印技術能夠憑借其高效的設計模型的能力，使產品的設計周期大大縮短，且降低設計成本，能夠擴大制造企業的經濟效益。

（3）3D打印技術未來會在制造業領域實現普及，該技術能夠實現機械制造的智能化和自動化，能夠降低人力資源的投入，一些模型機械的建造省去焊接、切割等流程，極大的減少了人力成本。此外該技術的運用，[3]能夠提升工業的精細化，能夠使機械制造業實現科技上的進步，實現智能化、自動化的生產模式。

4.2 降低生產成本，提升經濟效益

我國機械制造業的競爭還是比較激烈的，企業都希望通過降低成本，提高生產技術，以增強自身企業的競爭力。實際上，制造業的產品設計的成本還是比較昂貴的，尤其是科技含量較高的產品，其設計成本也是十分的高昂。而3D打印技術可以使產品在各個因素下都能夠快捷高效地整合生產，能夠降低設計成本。

3D的模型打印功能在前期制造階段實現對制造項目的審核和測試，如果產品不夠成熟可以及時加以修改或者重做，這些是傳統制造方式所不能夠做到的，過去沒有該技術的支撐，導致有些產品設計出現的問題直到產品完工后才發現，因此會造成更大的損失。所以3D打印技術的應用能夠有效降低設計的成本，還能避免制造錯誤帶來的損失。

此外，傳統的產品設計過程中，需要設計人員進行動手組裝，而且相關零部件還需要收集，經常出現零部件不全，拖延設計周期的情況，3D打印技術簡化了設計組裝的流程，該技術通過打印，提高了工作效率降低了成本。在傳統的產品制造過程中，還有一些產品需要分開制造，再進行統一安裝，3D打印技術的使用能夠直接整體地進行制造，大大縮短了工期，提高了經濟效益。

4.3 增強了工藝實現能力，制造體系或迎來改革

3D打印技術能夠提高產品設計廣度，在過去，一些產品設計者能夠設計和暢想出優秀的產品，但是因為條件所束，不能夠實現，3D打印技術能夠使產品得到創新，提高了難加工材料可加工性，拓展了工程領域。并且該技術能制造出傳統工藝無法加工的零部件，能夠極大增強工藝實現能力。當前制造業正走向自動化和智能化之路，因此，我們必須好好利用這一技術的優勢，實現我國制造體系的改革。

5 結束語

總之，我國機械制造業的發展必將經歷改革，走向自動化、智能化的高科技之路。我國制造業的生產方式的改革需要以技術為支撐，科學為導向。3D打印技術開創了機械制造業的綠色的制造模式，實現了技術上的創新，使機械制造業邁向了新的臺階。此外，我們還應該深刻認識到，3D打印技術不是萬能的，既有優點也有缺點，需要我們在實踐中認真分析研究其使用方法，努力發揮該技術的優勢，從而提高我國機械制造業的實力。

參考文獻：

[1]文長久.淺析3D打印對機械制造及自動化的影響[J].科技展望，2016，26（6）：51-51.

[2]中國機械工程學會.3D打印打印未來[M].北京：中國科學技術出版社，2013：1-149.

[3]許廷濤.3D打印技術-產品設計新思維[J].全球IT新浪潮，2012（9）：5-7.