3D打印技術在機械自動化領域的應用

郝澤芃

（景山學校遠洋分校，北京，100043）

引言

隨著3D打印技術的不斷完善，該技術具備的減少成本、提高運行效率優勢的受關注程度不斷提升，機械自動化領域的3D打印技術應用也開始成為研究的熱點，而為了保證3D打印技術較好服務于機械自動化的發展、加快3D打印技術實用化進程，正是本文圍繞該課題開展具體研究的原因所在。

1 D打印技術及其對機械自動化領域產生的影響

1.1 3D打印技術的概念分析

3D打印技術是一項具有綜合性特征的技術。3D打印技術的理論最初源自于機械制造學，但是隨著社會科學技術水平的不斷提升，這種技術又逐漸融合計算機學、材料學等學科。3D打印技術不僅是世界第三次工業革命的關鍵標志，而且是新工業興起的標志。這種技術主要應用的是逐層打印的方法，使原材料在不斷疊加的過程中完成塑型。當前3D打印技術在很多領域都得到有效應用，由于與普通打印機的應用原理相似，因此操作比較便利。從機械自動化的角度來看，3D打印技術能夠使各項資源得到有效整合，并且實現更加個性化的制造。

1.2 3D打印技術的優勢分析

作為一種基于快速成像原理的3D層面打印技術，3D打印技術具備智能化、定制化、生態化優勢，具體優勢如下所示：（1）智能化。3D打印技術的智能化優勢源于計算機軟件的支持，而由此實現的傳統制造工藝與信息技術發展成果的結合，便能夠滿足人們的個性化需要。（2）定制化。受需求多樣化影響，近年來傳統制造業往往給人力有未逮之感，但3D打印技術取能夠通過計算機資源、結合個人需求實現私人定制，這同樣屬于該技術優勢的具體展現。（3）生態化。相較于傳統技術，3D打印技術能夠大幅降低對周邊環境的污染，這使得3D打印技術能夠較好服務于我國資源節約型、環境友好型社會創建[1]。

1.3 3D打印技術產生的影響

隨著3D打印技術的不斷完善，3D打印技術對機械自動化領域的影響日漸顯現，這一影響主要體現在機械制造自動化格局調整領域。對于3D打印技術來說，基于數據資料創作相應模型輸入其主要結構格局，而相較于傳統的機械自動化生產，3D打印技術的應用可實現產品質量的提升、產品類型的增多、生產周期的縮短，以往難以被生產或生產成本較高的結構特殊產品也能夠在3D打印技術的支持下實現輕松生產。在筆者的實際調查中發現，近年來國內外很多大型企業開始投身基于3D打印技術的機械自動化領域研究，我國很多高校也開設了相關專業，可見3D打印技術對機械自動化領域格局產生影響的重要與深遠[2]。

2 3D打印技術在機械自動化領域的具體應用

3D打印技術的應用原理與一般打印機異曲同工，但是普通打印機只能打印平面物體，而3D打印技術則能直接將物體進行還原。3D打印技術主要以計算機、數學建模等技術作為應用原理，在節約制造時間的前提下實現實物構造，將電子設計模型直接還原，并且以立體化的形式呈現出來，當前3D打印技術在很多領域都得到有效應用，尤其是機械自動化領域。具體來看，該技術的應用主要體現在以下幾個方面：

2.1 SLM技術的具體應用

SLM技術屬于3D打印技術的重要組成，因此近年來3D打印SLM技術在機械自動化領域實現的較為廣泛應用必須得到關注。3D打印SLM技術具備加工標準金屬致密度超過 99%、力學性能較為優秀、所加工零件可后期焊接等優勢，這使得近年來3D打印SLM技術廣泛應用于小批量零件生產、原型制作、注射模具等領域，而結合3D打印SLM技術的應用探索不難發現，3D打印SLM技術能夠滿足機械自動化發展需求，這種需求的滿足主要體現在金屬零件組裝合理性保障、直觀表達金屬零件截面輪廓數據參數，而在技術原理支持下，3D打印SLM技術能夠使用相應金屬粉末實現三維金屬零件的自動化堆積。從機械自動化角度開展分析不難發現，3D打印SLM技術的應用解決了傳統金屬零件加工制作模式的弊端，而這就為機械自動化推進、金屬零件加工制造效率提升提供了有力支持。但在3D打印SLM技術的應用實踐探索中，該技術存在的價格昂貴、速度偏低不足也必須得到關注，這種不足不僅出現于我國機械自動化領域的3D打印SLM技術應用，更屬于現有技術下3D打印SLM技術存在的缺陷，因此業界必須在SLM設備的優化研發領域投入高度關注，以此不斷提升3D打印SLM技術的性價比、解決其自身缺陷，機械自動化領域便能夠獲得充足的發展動力。總之，相較于傳統機械自動化領域的金屬零件加工，3D打印SLM技術具備多方面優勢，該技術應用實現的機械自動化設備重組效果提升也將為該領域的發展提供支持[3]。

2.2 增材技術的具體應用

增材技術是3D打印技術在機械自動化領域中的典型應用，這種技術主要應用的是疊加原理，使原材料在不斷增加的過程中完成塑性[4]。在實際應用中，可以先設定三維坐標，然后采用離散原理和堆積原理對坐標進行切片，從而使實物得到直觀的展示。由于增材技術在應用中還融合數學分析法、數學建模法、圖像仿真技術、圖像處理技術、機電技術等諸多領域的方法，因此也存在較多的局限性，例如在金屬材料成型的過程中，必須對材料分組進行合理控制，這是因為增材技術在實際應用中會使原材料層層堆積，如果不對堆積的過程進行控制，就會導致金屬表面產生氧化現象，或者由于厚度過大使實物的精度受到影響。在對比較粗糙的表面進行處理時，必須采用多光束配合制造，并且保證各個光束的熱量和頻率保持一致。

2.3 3D打印技術與CNC技術的整合

3D打印技術在實際應用中會不斷疊加原材料，從而達到最終的造型，而CNC技術在應用中則會不斷的削減材料，從而達到塑型的目的，將3D打印技術應用于機械自動化加工時，必須將3D打印技術和CNC技術相結合，在相互補充的基礎上實現制造工藝流程的進一步簡化和制造效率的提升。傳統機械自動化制造中數控技術只能應對工藝相對簡單的產品，但是在復雜工藝應用中存在一定的局限性，而3D打印技術與CNC技術的結合能夠有效轉變這一現狀，使數控技術的應用領域得到有效拓展，從而使模具設計和加工的成本得到有效控制，原材料也不會在制造過程中發生浪費現象。

2.4 3D打印技術與機械自動化的整合

簡單了解3D打印SLM技術在機械自動化領域的應用后，3D打印技術與機械自動化的整合趨勢也必須得到業界人士關注[5]。3D打印技術的原理與傳統打印機類似，其應用流程可簡單描述為“有序噴出材料→采用高科技手段進行高效定型”，而隨著機械自動化領域的不斷推進，如何進一步降低成本、更好滿足市場需求已經成為機械自動化領域的共同追求，這一追求的滿足便可以通過引入3D打印技術實現，由此實現3D打印技術與機械自動化的整合，機械自動化領域進一步發展必將面臨的轉型升級困難、產品質量提升困難等問題將輕松解決，3D打印技術與機械自動化領域的原有優勢也將實現高質量整合。值得注意的是，雖然3D打印技術具備多方面優勢，但考慮到該技術距發展完善尚存在一定距離，業內人士不應單純的將3D打印技術視作傳統機械自動化的對立面，只有真正認識到3D打印技術與機械自動化的整合基礎與前景，我國機械自動化行業才能夠獲得更為強勁的發展動力。

3 結束語

綜上所述，3D打印技術在機械自動化領域的應用具備較為廣闊前景，在此基礎上，本文涉及的3D打印SLM技術的具體應用、3D打印技術與機械自動化的整合，則提供了可行性較高的3D打印技術機械自動化領域應用路徑，而為了推動3D答應技術的更深入應用，3D打印設備、技術的深化研究必須得到業內人士關注。

[1]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.

[2]魏云虎.探討3D打印技術在機械制造領域中的應用[J].時代農機,2017.

[3]王衛勇.基于 3D 打印技術分析機械制造自動化的革新路徑[J].現代職業教育,2017,27:178.

[4]汪小名，樊學良.3D打印技術在機械制造自動化中的應用[J].自動化與儀器儀表,2018.

[5]白龍.淺談3D打印SLM技術在機械自動化加工中的應用[J].科技經濟導刊,2018.