探究3D打印技術對機械制造及自動化的影響

安耘可

（保定廣播電電視大學,河北 保定 071000）

隨著科學技術的提升和優化，顯著地促進了相關技術的實際應用，且應用領域愈發廣泛。3D打印技術主要是通過軟件設計程序，依托數字化工具，經由互聯網技術實現共享與傳遞，借助本地化生產方式完成生產制造，以此來縮減產品生產周期，提高生產效率，減少成本。而且3D打印可以充分地使用材料、減少浪費、避免污染，并且可以根據自己的需求來定制產品，滿足個性化需求，靈活度較高。3D打印涵蓋的學科領域較多，雖然目前的應用有一定的局限性，但對于當前的機械制造而言，在特定場合下，它可以極大的加快產品成型速度，提高生產效率，這對傳統的機械制造行業來說意義重大。

1 3D打印的原理與應用領域

3D打印技術又稱為增材制造技術，其也通過使用光固化和紙層疊等方法，實現對產品的制造過程。3D打印技術首先需要借助計算機運用軟件來進行三維造型，利用這些軟件將所需要的產品進行設計建模，繪制出產品的三維數據模型，然后轉換為3D打印機需要的數據格式，之后使用3D打印將預先設計造型好的產品打印出來。對3D打印技術而言，其所用的材料有些許要求，需要借助特定材料來進行，材料主要有粉末狀金屬或塑料，這些材料的特點是能夠粘合。3D打印就是將這些材料按照預先設計好的三維模型一層一層堆積出來，最終達到設計者所需要的產品形狀與外型以及所具有的相應的產品功能。

當前隨著制造行業不斷的改進升級，3D打印技術也因其快速的成型速度得到了行業的青睞，3D打印應用的越來越多，其精度也得到了更高的提升，另外各式各樣的商用3D打印機不斷出現，3D打印機的價格也大幅度下降。目前3D打印技術已經被廣泛應用到各行各業，其主要被應用于以下幾個領域。（1）航空航天領域。在航空領域使用3D打印技術，能夠更加方便以及更加經濟性的打印所需要的零部件，另外也能夠很好的降低零件的質量，進而更好地降低航空器所攜帶的燃料。（2）醫療領域。在醫療領域使用3D打印技術打印移植器官，由于每個人的器官均有不同，使用3D打印技術能夠根據患者的特點有針對性地打印器官，也不用擔心排異反應。（3）建筑設計領域。使用3D打印技術能夠快速、便捷、經濟地打印建筑模型，同時使用3D打印技術打印的建筑模型也更加的美觀。（4）軍事領域。目前3D打印技術因其具有較高的精度，已經被廣泛應用到軍工的航空發動機以及多種武器裝備中。

2 3D打印運用優勢

2．1 智能化

未來，是智能化的時代。近些年人工智能風靡全球，并且在眾多行業有著重要的應用，其表現出來的工作效率讓人欣喜。在制造行業中，其也必將朝著智能化方向發展。制造行業中智能化的體現之一便是3D打印技術，其靈活性賦予制造行業以智能。目前，3D打印技術已深入制造業中，并且正在不斷發展。

3D打印利用軟件進行三維建模，在軟件建模設計中，產品的更多特征皆可表現出來，另外較復雜的產品也可以先進行模型設計，然后利用3D打印設備將其生產出來。由于產品的特征已由模型表達出來，3D打印技術將模型實體化，并保證其完整性。這是一種先進的高效的生產技術，可以實現產品定制化，展示其智能化特性。

2．2 定制化

科技水平的提升促使制造業進一步發展，3D打印技術實現產品定制以滿足個性化需求成為可能。以前，原有的制造技術因成本限制和實際的市場環境，生產的產品只可迎合大部分需求，卻無法滿足個性化需求，小量需求的產品市場不大。目前，3D打印技術的出現和發展，使得產品設計可以依照個人的實際情況，根據需求來進行設計，滿足個性需求。

2．3 生態化

在傳統的機械制造業中，污染問題一直伴隨其左右，這越發的不符合現在生態化建設的需求。而3D打印另一個優點是基本無污染。3D打印是借助數字化建模再將其復現為實體的設計理念，一步成型，避免繁瑣加工步驟，這提高了產品設計的靈活性，并且在打印過程中其對材料的利用率非常的高，這極大的減少了浪費，提高了經濟性，增加了環保性。

3 3D打印技術對機械制造行業的影響

3．1 調整機械制造業的主要格局

我們知道，3D打印技術主要是通過計算機軟件設計程序，進行產品模型設計并表現產品的各種結構特征和復雜的表面形狀，依托數字化工具，經由互聯網技術實現共享與傳遞，借助本地化生產方式完成生產制造，以此來縮減產品工業生產的周期，提高生產效率，減少成本。其對傳統的制造行業最大的沖擊是不用機械加工便可進行產品生產，與原有的生產線相比，這極大的提高了制造生產的靈活性，并且可以不用設計專門的生產線就可以加工異形產品或復雜形狀產品。3D打印因其靈活性也可以賦予機械制造生產以分散性特性，即同一產品的不同零件或組件可以分散生產而不用擔心最后會影響其整體裝配。若3D打印技術可被大面積應用到工程機械行業中，則可極大的提高生產力，從而可以淘汰落后的生產設備和生產工藝以及生產線，如此可以調整機械制造業的主要格局，促進機械行業的整體發展。雖然，目前3D打印因其自身的特性還未能在機械加工中大面積地應用，但毋庸置疑，隨著3D打印技術的發展和推廣，在未來，其必然會使現有的工程機械格局產生變化，

在上文描述到3D打印技術是利用其數字化文件來進行產品設計和生產，所以在同一廠家不同地區的分公司間的配件供應無需實物運送，只需要傳輸設計好的三維模型即可。這保證了信息傳輸的快捷和配件制造的快速，并且可以借助信息快速傳輸來增強行業競爭力。

3．2 3D打印技術和自動化之間的整合

3D打印的運作理念類似于傳統的打印機，打印的對象是三維產品，是虛擬模型復現到實體產品的過程。3D打印技術是借助高效成型的材料，借助計算機將電子文件與打印設備進行連接傳輸，控制設備將材料逐步疊加，實現虛擬模型到實體的轉變。其基本工作步驟為：首先進行三維軟件建模，表達產品的具體形狀和特征；然后建立計算機與3D打印機的連接，進行參數設置和調節；最后，備足材料，開始打印操作。一般而言，3D打印只需一開始將參數設置好，即可進行打印，直至產品成型，中間不需要多余的操作，打印過程自動完成。以此，實現3D打印技術和自動化之間的結合。3D打印本身即具備高度自動化。

3．3 3D打印和傳統制造的有機整合

與傳統制造相比，3D打印不需要進行例如車、銑、刨、磨、鉆這樣的傳統的加工工藝，它是依托數字化工具，經由互聯網技術實現共享與傳遞，借助本地化生產方式完成生產制造，以此來縮減產品工業生產的周期，提高生產效率，減少成本。但3D打印技術的局限性也很明顯，即只能應用在特定的場合，依靠特定的材料，應用范圍有限，且打印設備的成本較高，前期投入大。在實際制造應用中，需要將3D打印和傳統制造進行有機整合，取長補短，各自發揮各自的優勢，例如，具有復雜表面和特征的產品或需要進行個性化定制的產品可以進行3D打印制造，以保證產品質量并節約時間；另外，簡單工藝的零件，并且需要大規模生產的時候，可采用傳統的機械加工，以節約成本。在當今科學技術快速發展的時代背景下，3D打印將展示其數字化優勢，強化機械制造行業轉型升級。

4 結語

在經濟高速發展的情況下，對于制造行業而言，3D打印技術的應用使得機械制造業迎來了新的發展空間。站在我國制造業的層面，3D打印好比一把雙刃劍，不僅帶來全新的機遇，而且面臨巨大挑戰。3D打印可以給機械制造業帶來了全新的變革，它不僅可以縮短產品生產的周期，提高效率，還可以保護環境，避免浪費。雖然，目前3D打印技術還存在一些不足，限制了其應用，但我堅信，3D打印必將在未來給機械生產制造帶來全新面貌。