淺談3D 打印技術在機械產品數字化設計與制造中的應用

于羅欽

（西安交通大學，陜西 西安 710049）

時代的發展，為我國制造業的發展帶來了機遇與挑戰。我國經濟處在發展的關鍵期，為解決經濟發展中的問題，需對傳統制造業進行升級，融入智能化技術。3D 打印技術適應制造業轉型升級的要求，能夠推動機械產品數字化設計與制造的發展。智能制造具有良好的發展前景，適應社會的發展要求。

1 3D 打印技術的原理

數字模型是3D 打印技術的重要組成部分。3D 打印技術使用金屬粉末等材料，在相關載體上，逐層打印疊加，得出產品三維原型。三維建模和測量軟件在3D 打印技術中得到了廣泛運用，能夠利用產品相關數據信息，對產品進行設計與制造。數字化是3D 打印技術的重要特點。在生產小型和數量較少的產品時，3D 打印技術能夠加快產品設計的時間，在最短時間內對產品完成生產制造，能夠滿足人們的特定需求，完成產品生產。不過，通常會受到材料使用的局限，出現產品強度較弱等問題。因此，大多用于數量較少、結構復雜等產品的生產制造。

2 3D 打印技術在機械產品設計與制造中的應用

2.1 三維測量與物體重建

3D 打印技術在人工智能領域占據著主要地位，屬于人們的視覺感知范疇。其中融入了多種學科知識，如算法、光學等學科。3D 傳感技術主要運用于新型人機交互領域，在感知識別領域中也獲得廣泛運用。飛行時間、結構光是3D 傳感技術主要運用的方案。3D 傳感技術以物理學中光折射原理為依據，得出景深圖像。充分利用紅外激光等技術，對機械產品的三維輪廓進行掃描。對于三維測量來說，需要借助衍射光學元件、圖像傳感器等，結合各種類型的算法，完成三維測量步驟。當前3D 傳感攝像頭已經運用到三維掃描儀中，人們實行掃描功能時，可以將物體拿在手中直接進行掃描，并且掃描精度能夠得到一定的保證。另外，3D 打印技術在物體重建方面已經獲得較大發展。三維測量充分運用3D 傳感技術，物體重建充分發揮3D 打印技術的優勢，兩者進行有效結合，能夠讓3D 產業更加健全。制造業的未來發展中，智能制造會占據著越來越重要的地位。中國屬于制造業第一大國，3D 產業中的技術是制造業發展中最為需要的。3D 打印技術與傳感技術能夠提升制造工業的自動化水平，與互聯網技術進行有效結合，加快制造業的轉型升級步伐，進而在市場中獲得更多的競爭力，提升國家綜合實力。

2.2 機械產品數字化設計與制造

機械產品設計、制造、模具制作等行業都廣泛運用了3D打印技術。3D 打印技術對機械產品數字化設計與制造有著重要作用，能夠促使產品實現創新，加快新產品的開發速度，適應未來社會的發展趨勢。在機械產品進行數字化設計與制造過程中，能夠縮短產品的生命周期，從而發揮集成系統的優勢，提升集成系統數字化水平。集成系統可貫穿產品設計制造的全過程，包括設計、制造、生產等環節。并幫助產品進行三維建模，充分利用虛擬技術對產品進行裝配及制造。3D 打印技術可以在較短時間內完成產品的成型過程，避免浪費較多的成本，開發時間比較短，不會對環境產生污染，有著諸多的優勢。機械產品設計與制造中，多數企業會使用3D打印技術減少產品的開發時間，提升企業的經濟效益，加快產品的設計速度。航空航天領域也較多使用數字化技術，在對飛機進行設計與制造中，利用數字化技術進行仿真設計，與互聯網技術進行結合，能夠提升制造飛機的效率，降低研發成本。對飛機進行風洞實驗前，需要先制作模型，利用3D打印技術對模型進行制造，可以縮短制作飛機模型的時間，加快模型制造的速度。3D 打印技術還可以用于汽車制造領域，如用于汽車造型、汽車模型等的制作。3D 打印技術能夠加快汽車模型研發的步伐，在汽車產品研發中有著非常重要的作用。使用3D 打印技術研發的產品模型，可以更加直觀地展示產品的形象，提升制作人員的工作效率，縮短產品設計的時間，讓企業研制的產品在市場競爭中獲得更多的優勢，從而避免在市場中處于被動的地位。3D 打印技術在磨具設計與制造中具有不可替代的作用。產品模具對于產品的生產過程十分重要。模具研發過程能夠充分融合3D 打印技術，實現模具的逆向數字化研發。可以分為三個步驟來進行。一是對模具進行逆向數字化研發，二是運用數字化技術對其進行設計，三是對模具進行制造。3D 打印技術能夠提高模具制造的質量，進而提升產品的經濟效益。

2.3 3D 打印技術在產品設計與制造中的發展

在產品研發過程中，3D 打印技術占據著非常重要的地位。數字化設計是產品研發中的重要組成部分。多數企業對三維數字化設計技術更加青睞。數字化技術涉及設計模型、工藝描述、管理等信息。在產品設計與制造中，充分發揮三維數字化技術的優勢，能夠以產品相關數據為基礎，對產品進行制造，縮短了傳統產品研發的流程。在傳統產品設計中，需經歷多個步驟，研發流程容易出現斷裂問題。實施三維數字化設計與制造，需要運用檢測技術、數模的產品定義等內容。在產品數字化設計與制造過程中，三維技術具有重要作用。智能制造技術在制造業發展前景中會得到廣泛應用，是企業應該重點攻克的難點。目前，經濟發展注重穩中求進。需要提升經濟發展的質量水平，加快產業結構的轉型升級，以供給側結構性改革為主線，提高企業產品制造的質量，進而提升企業的經濟效益。

隨著3D 打印技術的不斷發展，政府要建立全面的管理監督體系。針對智能制造領域，制作專門的規定。加大對產品科研的投入，支持相關研發機構將更多的資源投入智能設備的研發中，提升3D 打印設備的智能化水平，促使3D 打印技術成為創新的核心技術，進而研發出更多的高智能產品。需要健全3D 產業標準體系，制定相關行業規范，完善知識產權保護等方面的法律，提升技術評價的科學性，增強檢測認證的權威性。充分利用互聯網技術，創建3D 產業互聯網平臺，促進3D 產業長遠發展。

3 結語

在機械產品數字化設計與制造過程中，3D 打印技術受到更多的重視。將3D 打印技術應用到機械產品設計與制造中，能夠提升產品的智能化水平，為產品設計理念注入新的活力，減少設計資金的投入，在較短時間內完成機械產品的研發工作。科學技術的發展為3D 打印技術的發展提供了動力。如今制造行業面臨著轉型升級的問題，3D 打印技術能夠為其升級提供助力，提升行業整體水平。未來的時代具有科技性的特點，技術變得越來越重要，需要不斷對科學技術進行創新，提升智能制造的質量水平，加快制造業轉型升級的步伐，從而更加適應未來社會的發展需要。