3D打印技術對機械制造業的影響分析

姚清

摘 要：3D打印技術（Three Dimension Printing，3DP）是一種新型的制造加工技術，給傳統的制造業帶來了不可估量的影響，將能從根本上實現傳統制造向智能綠色制造的轉變，因此在機械加工領域受到了越來越多的重視。本文主要分析了3D打印技術原理和優勢，并著重探討了3D打印技術對機械制造業的影響，以期為促進我國制造業可持續發展提供一定參考。

關鍵詞：3D打印技術；機械制造業；影響

中圖分類號：TH16 文獻標志碼：A

近年來，我國機械制造業加強了對新技術的研究與應用，實現生產的智能化、信息化和自動化。理論和實踐研究發現，3D打印技術能夠為制造業的發展帶來新的機遇和挑戰。3D打印技術就是通過軟件設計程序，利用數字化工具，通過互聯網技術進行共享與傳遞，進而依靠本地化生產方式完成生產制造，該技術能達到縮減成本、減少污染，滿足用戶個性化需求等目的。從長遠來看，3D 打印技術堪稱制造業的革命武器，將推動我國機械制造業邁上新的臺階。

1 3D打印技術的原理及技術特點分析

1.1 3D打印技術的原理

3D打印技術被認為是最近20年來世界制造技術領域的一次重大突破，其是產品快速開發和柔性制造技術的結合體。3D打印技術也稱 “三維打印”，屬于快速成型技術的一種。該工藝是由美國麻省理工學院Emanu-al Sachs等人研制，它是以三維數字模型為基礎，基于離散堆積原理，采用陶瓷粉末和金屬粉末作為黏合材料，通過逐層打印疊加的方式打印三維實物。3D 打印技術通過計算機進行成型模擬，整個工藝過程無須專用工具，工藝規劃簡單，制造速度快于傳統方法，能夠用最快的速度實現模型的展現，極大地減少了傳統制型所使用的材料及模具等。當前世界科技發展以“數字化”為核心理念，3D 打印技術擁有良好的發展前景和應用價值，應用范圍非常廣泛，最先應用于制造鍛造用的模具模型，經過近些年的快速發展，除應用于設計模型、功能制造模型、實驗分析模型外，還可廣泛應用于航空、醫療、建筑、藝術行業。根據國家工信部估算，預計到2020年，3D打印技術將會達到50億美元的產值規模。3D打印技術在制造業的投入使用，將對機械制造業的發展起到顯著的提升作用，而伴隨著信息技術、CAD技術、材料技術和計算機技術等日新月異的發展，未來3D打印技術必會將制造業推向更高的層面。

1.2 3D打印技術的特點及常見工藝

3D打印技術具有如下特點：第一，數字化制造，利用CAD模型直接驅動，實現實體零件數字化；第二，個性化快速制造，加工制造過程中不需要專用夾具或工具以及人工干預，設計制造全程自動化、智能化、一體化，可以開展個性化定制加工；第四，直接堆積加工，逐層打印、層層堆積的生產模式只需一臺打印中心，沒有拼接組裝過程，產品均勻度和精確度比較高。3D打印工藝有很多種，比較常見的有熔融沉積制造（FDM），其優點是成本低、操作簡單、加工體積小巧，不足之處是凝固成型的實體表面的結合部位輕度不高，且易出現明顯裂紋；分層實體制造（LOM）的優點是成本低、產品成型率高，不需要填充材料，不足之處是產品表面質量不高，材料浪費較大；立體光刻（SLA）的優點是材料利用率高，產品質量高，表面光滑，不足之處是成本高，產品實體受光照影響易分解；選區激光燒結（SLS）的優點是原材料種類多，產品機械性能佳，不足之處是制作成本偏高，粉末成型度有待進一步提升。

2 3D打印技術對機械制造業的影響

2.1 使機械制造業的格局發生調整和變革

3D打印技術使得無須采用機械加工的方式就能直接通過計算機數據“打印”不同形狀的物體，智能化、定制化、生態化特征顯著，其使機械制造業發生了革命性變化，加工制作的生產成本得到大幅降低，產品設計、制作的周期大幅縮短，加工異形產品或復雜形狀產品變得更加容易，真正實現了降本增效。如果將該技術普遍應用到機械制造業，那么機械制造業原有的生產加工線將成為歷史。盡管當前已利用3D打印進行整機生產，但還未能得到廣泛應用，相信隨著3D打印技術的發展，該技術必將會對工程機械現有格局產生重大影響。同時，也將會對零配件供應帶來深遠的影響。例如，裝載機用戶在采購機械產品時，需要綜合考量機器自身質量、配件供應等各種情況，如果生產廠家在某地區未設立大規模配件庫，將會無法在該市場占據滿意的市場份額，但利用3D打印技術，此問題就可迎刃而解，配件供應無須實物運送，通過信息傳輸就能實現供貨。3D打印賦予機械制造生產分散性特性，可以拓展生產廠家的市場空間，增強其核心競爭力，提升用戶滿意度。

2.2 推動機械制造業創新發展

3D打印技術能夠快速完成原型制造，高效地將概念產品化為現實產品，而且在此過程中，還能及時對設計進行修改和調整，將能從本質上改變傳統的產品生產組織形式，削弱傳統型大規模產品生產優勢，推動集中式的生產朝分布式生產轉變，從而為中小企業帶來發展的春天，進而激發機械制造業的創新能力。3D打印技術能激發設計人員的創新意識與能力，提高傳統機械制造業產品的更新速度。縮短產品設計周期，降低設計成本，擴大制造企業的經濟效益。人力資源需求量大且成本比較高，是機械制造業面臨的瓶頸問題之一。一旦3D打印技術在機械制造業實現普及，機械制造的智能化和自動化水平將會得到大幅提高，一些模型機械的焊接、切割等流程的生產時間和成本就會得到降低，難加工材料的可加工性也會得到相應地提升，從而就可以在保證產品質量的同時，有效降低人力成本的投入。

2.3 有效緩解機械制造業產能過剩問題

產能過剩的問題是我國傳統機械制造業比較普遍的問題，尤其是鋼鐵等行業的產能過剩問題更加突出。在2008年金融危機后，汽車和機械等高科技產業也開始出現了產能過剩的問題。產品同質化嚴重，雖然在價格上具有一定的優勢，然而質量上達不到出口的標準，國際競爭能力比較低，國內需求又很難消化這么多的產品，在這種情況下，不僅浪費了大量的資源，也因產品積壓和庫存量大影響了企業的資金流動，降低了企業的資金利用效率。從具體實際來看，傳統的機械制造技術經由大規模生產與系統設計，增加了商品的經濟性，提升了使用的便捷性，可迎合大部分需求，但無法實現定制化生產，與此不同的是，3D打印技術可以實現定制化生產，根據客戶的需求來進行有針對性的生產，而且設計與制造周期短，生產效率高。3D打印技術提升了機械產品設計的便捷性，可以在本地范圍開展生產，經濟與環保效益顯著，可以有效緩解機械制造業產能過剩問題，避免產品積壓和資源浪費。

結語

綜上所述，隨著科學技術的發展，3D打印技術也會不斷地發展進步。將3D打印技術應用到機械制造業，將會推動機械制造業朝著自動化、現代化和數字化方向發展，實現技術上的創新，優化機械制造布局，節省物力和人力資源，開創機械制造業的綠色的制造模式，使機械制造業邁向新的臺階，進而提高我國機械制造業的實力。

參考文獻

[1]陳崇軍.3D打印技術對機械制造業的影響分析[J].科技創新與應用，2017（20）：36-37.

[2]夏端武，薛小鳳.3D打印技術對機械制造業產生的影響[J].機械設計與制造，2016（12）：184-186.

[3]王燦友，蘇秦.基于文獻分析的3D打印技術的演化及發展前沿[J].情報雜志，2015，34（9）：72-77，71.

[4]藺薛菲.3D打印技術對制造業產品設計的影響研究[J].藝術與設計（理論），2015，2（8）：103-105.