3D打印技术在机械工程设计中的发展与应用

3D打印技术在机械工程设计中的发展与应用

梁瑞莲

身份证号：44068119811016XXXX；广东顺德拉鲁设计有限公司广东省佛山市528300

摘要：3D打印技术彻底改变了传统机械加工的模式，突破了传统加工方法的制约，让复杂零件加工成为了可能。不仅促进了我国机械制造业的发展，也创造出更多的社会利益，提高高质量和高精度产品，降低生产成本和生产周期，为企业提供了更大的发展空间。

关键词：3D打印技术；机械工程设计；发展与应用

3D打印技术具有很多的好处，在重新构建物体的形状上取得了一定的进步，但是动态物体暂时无法被打印出来，但是在以后的发展中将解决这一难题，随着科技日新月异的变化，3D打印技术也会获得更大的发展空间，应用于更多的领域，对于机械自动化领域来说，将产生巨大的影响力促进其更快的发展。

1、3D打印技术的含义

3D打印技术在数字模型文件的基础上，将粉末的金属或塑料材质逐层进行打印最终形成物体，它可通过电脑数据控制3D打印机把一切形状打印出来，从而节省商品的制造成本，3D打印技术最早出现于十九世纪末期，它将光固化、纸叠层技术结合在一起，可在短时间内成型，和普通打印机的运行原理类似，打印原料的不同造成了差异性，普通的打印机的打印原料是纸和石墨，而3D打印机则采用粉末状金属、陶瓷、砂石为主原料，在内测配置液体或粉末等材料，通过控制电脑把打印的材料一层一层进行叠加，最后将计算中的图像生产为实物。根据它的原理特性，它在很多地方都有运用，譬如模型开发等，使用传统的方式制造模型首先要设计图纸，然后将材料拼凑在一起最终制成模型，现在使用3D打印技术就能在很短的时间内制作出更精美、精致的模型，因此，在日常生活中人们更喜欢使用3D打印技术制作器件。

2、3D打印技术的在机械制造设计中的优点

2.1提高机械制造效率

与传统机械制造相比，3D打印没有安装刀具，夹具及一些辅助部件等工艺程序，大大缩短了零件制造的周期。在制造过程中加工人员不需要对产品进行多次的模拟制造，只要产品模型建立正确和切片的分辨率得到要求，就能有效的实现产品的大批量生产，同时还等保证产品的高精度和高质量。3D打印技术不仅提高了产品的加工速度，提高工作效率，而且降低不合格产品的概率，为企业带来更高的利益。

2.2降低制造成本

3D打印技术让机械加工企业实现了产品的多元化生产，避免了传统复杂加工工艺的编制，这将极大降低投入在产品研发制造过程的成本，从而提高企业的效益。与传统加工方法相比，3D打印技术不需要对工件进行锻造，抛光及热处理等，也不需要在每一道工序跟前安排工作人员，只需要安排一名技术人员在计算技术操作设置好的加工程序就能快速完成对实物的加工。如果需要对产品进行调整，技术人员只需对加工程序进行科学的调成即可，因此3D打印技术方便快捷，降低生产成本，为企业生产出高质量的机械产品。

3、3D打印技术分析

3.1熔融沉积成形技术（FDM）

熔融沉积成形技术主要用于高分子材料(ABS、PLA等)的打印，其可以利用材料的热熔性、热塑性与粘结性特征，一层层进行打印模型的堆积成形。例如：在塑胶制品的3D打印过程中，3D打印机可以将塑胶加热至熔融，然后对其进行不同结构的挤出操作，挤出后的塑胶会快速冷却凝结，这样一层层来完成各层高的打印操作。FDM技术优点为材料多样、强度高与成本低，但其在产品制造精度方面达不到要求，不能用于复杂结构产品的制作。

3.2立体光固化成型技术（SLA）

立体光固化成型技术是将特定波长、强度的紫外激光，聚焦到液态光敏树脂材料的表面，使其由点到线、由线到面发生光聚合反应的技术，该技术为最常见的3D打印技术。在液态光敏树脂材料固化后，该单体能与其他树脂进行交联，以形成一个完整的聚合物链。在利用立体光固化成型技术，进行3D模型或产品打印的过程中，需要与DLP技术结合，来完成物体外表面积、体积和三维特征的扫描，以获得打印物体高精度的3D数据。之后使用3D打印机，对树脂材料展开2D截面的层层堆料，最终实现某一3D物体的打印。该打印技术具有材料利用率高、强度高与精度高的特征，可以应用到精细零件的加工与打印中。

4、3D打印技术在机械工程设计中的应用

4.1应用3D打印技术进行机械加工的智能化生产

随着我国机械加工自动化水平的不断提高和信息技术等新兴技术的发展，多元化以及智能化已成为机械自动化领域发展的主要趋势，而3D打印技术在机械自动化领域的应用极大地促进了机械生产制造的智能化发展。计算机的各种软件程序是3D打印技术的主要载体，计算机通过网络技术实现数据信息的传输，能够获得全面、详细的三维打印数据。同时，该技术通过高科技的打印设备将高分子材料在先进的技术下进行定型。在机械自动化领域中应用3D打印技术，既传承了传统机械制造工艺的内涵，也是对传统工艺技术的创新，使现代化机械设备更加符合人们的实际需要。

4.2应用3D打印技术进行增材制造，改变传统的生产加工模式

3D打印技术近年来获得了快速的发展，3D打印机和相关的材料技术等也都逐渐走向成熟，在机械自动化领域中的应用与推广范围也在不断扩大。在机械自动化领域中应用3D打印技术，是对传统加工制造模式的重大突破和技术革新。传统的机械自动化生产主要通过模具制造、加工以及焊接等技术来完成产品的大批量生产，其不仅需要较高的生产成本，而且也在一定程度上造成资源浪费，同时，在生产的多元化和灵活性方面也受到了较大的限制。而3D打印技术主要通过增材制造的方式来进行机械的自动化加工，减少了生产加工过程中所产生的边角废料，节约了资源。同时，3D打印技术的加工精度比较高，能够满足小批量生产的要求，降低设计成本，缩短加工周期，这是对传统加工模式的一次重大突破。

4.33D打印技术与数控技术相结合

3D打印技术是别名的附加制造技术，不需要传输。一般加工制造的刀具、工装夹具等辅助零件只能由计算机进行加工。快速建模和切片工艺生产非复杂零件。进一步的推动了机械自动化产业的发展。所谓的CNC技术就是材料还原系统制造技术，工作原理是在加工产品的过程中不断减少原材料形成一种理想的物理技术。现代制造业应用两种技术综合运用，扩大加工范围，解决目前数控技术无法完成加工的问题。技术不仅有助于企业避免原材料浪费，而且还可以减少环。环境污染。这两种技术弥补了各自的不足，相互补充。产品加工精度和质量高。

结束语

机械加工制造领域正在朝着个性化、多元化的方向发展，对加工制造技术进行改进和创新是必要的。论文结合3D打印技术的发展现状，提出了机械自动化领域应用3D打印技术的优势和不足，探讨了3D打印技术在机械自动化领域中的应用。通过加大对3D打印技术的研究力度来实现对机械加工制造的高精度自动化控制，从而推动机械自动化的发展，全面提高我国机械制造水平。

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