3D打印技术在机械制造领域的应用简述
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【摘 要】3D打印技术是先进制造领域中，综合计算机、光学、电气、液压及新型材料多种学科的增材制造、快速成型技术。由于具有成形速度快、材料利用率高、生产周期短于数字化程度高等特点，在机械制造领域得到广泛的应用。本文对3D打印技术在机械制造领域中的应用进行深入分析，提供一些可行性思路和建议。
【关键词】3D打印技术;机械制造;应用
一、3D打印技术的发展
1.3D打印技术的发展史
3D打印技术被称为“快速成型”技术，随着3D打印技术步入飞速发展的时代，目前国内外已经存在十几种不同的3D打印机技术，其中比较成熟的有选择性激光烧结技术、熔积成型法、分层实体制造法、微喷射粘结技术、立体光固化成型法等方法，这些技术为人们的生活带来很多意想不到的便利。
2.3D打印技术市场规模及其前景
随着3D打印技术的发展，3D打印技术逐渐被人们应用到制造业中，表现出极大的经济价值，以3D打印为代表的高端技术制造业增加值不断上升。
二、3D打印技术的特点及原理
3D打印技术与传统打印机的不同之处在于：第一，它不像传统打印机一样以水墨为材料，而是以粉末状或丝状塑料以及玻璃、面粉和尼龙等物质为打印材料的。第二，3D打印机之所以成为“3D”，是因为其成果不再局限于文本形式，而是能够将与之相连的计算机内虚拟的三维图形转化成具体的实物。因此，3D打印是属于增材制造与快速成型的一种高科技技术。其主要优势包括：可以随时进行生产，尤其是当零件批量较小的情况下，避免了由生产线频繁启动而造成的成本浪费;由3D打印技术的原理决定了其在制造过程中不受产品结构的制约，可以制造出结构极其复杂的实物，这是传统的机械加工方法很难实现的;与传统的减材制造方法相比，增材制造减少了材料的浪费，从而有效降低了加工成本。
3D打印技术的基本原理主要分为三个步骤：首先要在计算机内设计出要打印的物体的三维电子模型，包括其形状和各个尺寸等，这个步骤可以通过现有的一些画图软件来实现，比如CAD、3Dmax等。其次，在与计算机连接的前提下，3D打印机会将建立好的三维图形信息进行层层分割，分割的密度与打印机以及材料有关。最后，根据分割之后的每层平面的信息，3D打印机自动确定打印路径并逐层打印，直到最终成型。其中打印的方式根据机器种类的不同，可以是通过高温或激光灯手段将材料熔化，再一层一层的堆积成型;也可以利用胶水将材料层层粘合。
三、3D打印技术的优势
1.要想使我国机械制造行业向数据化的方向发展，机械制造企业需要加强对3D打印技术的应用。此项技术的应用能大幅提高产品的多样性，同时还能缩减制造产品时所投入的成本，使机械制造企业获得更多的经济效益。此外，这项技术还具有非常大的设计空间，可以根据产品的实际情况来更改3D打印技术的性质，从而使制造领域的创新能力得到很大程度的提高。
2.3D打印技术具有制造所占用的空间较小，能适应各种制造环境的优点。采用这项技术可以制造出普通技术无法制造的零件。传统的零件制造都是通过模具来完成产品的复制，在对一些形态复杂的零件进行制造的时候会非常困难，很大程度的提高人力以及物力的投入。而采用3D打印技术来进行零部件的制造则不会出现这种情况，它能采用立体打印技术来对需要批量制造的零件进行复制，不仅提高了制造效率，还大幅减少了制造企业的人力以及物力使用，使企业得到更多的经济效益。
3.3D打印技术能大幅减少数据转换以及制造前准备工作的时间，不用进行过多的模拟制造就能进行批量生产，使产品能更快的完成生产，使制造效率大幅提高。
4.此外，3D打印技术的应用能提高机械制造的速度，并且使用程度高，这项技术还能处理掉产品在制造过程中所出现的质量缺陷，确保了产品的质量。
四、3D打印技术在机械制造中的应用
1.机械产品的开发速度加快
在进行机械制造的过程中，制造的产品质量也是至关重要的。在采用传统生产技术来对零件进行加工制造时，不仅会耗费大量的时间与精力，还需要采用很多的辅助设备来参与生产，如工装夹具以及机床等。还需要大量的工作人员来参与制造，加大了企业的人力以及物力投入，此外，这种传统技术所生产出来的零部件可能会出现质量问题，并且运用这种方式生产出的零部件在进入市场前还需要进行多次的产品质量检测，根据检测的结果来确定是否准予进入市场，如果产品存在质量缺陷就需要进行重新修复或直接报废。这样不仅会给制造企业带来非常严重的经济损失，还会使我国制造领域的发展进程变慢。因此，相关部门需要重视对3D打印技术的应用，从而加快我国制造行业的发展进程，使生产效率以及生产质量大幅提升。
2.转变了传统的设计理念
在采用传统方式来进行产品制造的过程中，会对企业的内部结构提出非常高的要求，此外还需要企业投入大量的人力以及物力资源才能使产品制造出来，制造出的产品没有较强的质量保证，且生产耗费的时间较长，很大程度的降低了制造企业的经济效益。而采用3D打印技术来进行产品的制造，能有效防止上述情况的发生。运用这项技术能有效的减少制造过程中的人工涉入，大幅减少了企业在员工身上的资金投入，此外它还能提高产品的制造效率，使产品在最短的时间内制造完成，且具有较强的质量保障。采用3D打印技术来进行产品的制造能使产品设计的过程以及加工过程都得到一定程度的简化，使企业获得更多的经济效益。有很多特殊零件的制造具有较高的质量要求，在制造完成后需要经过多个检测关卡，且形状以及种类较为复杂，不能进行大批量生产，使生产效率大幅下降，而采用3D打印技术来进行这些零件的生产制造，不仅能让加工过程变的簡易化，使制造效率得到提高，还能使产品加工完成后的质量得到有效的保障。
五、3D打印技术的发展前景
1.打印材料的多样化
材料是打印产品的基础，3D打印的发展必须有相应性能的使用材料为前提条件。据统计，目前此项技术在制造业中所占的份额还非常少，其中的一个重要原因就是由于打印材料种类的局限性。[5]因此，未来3D打印的材料一定会向着多样化的趋势发展，新型材料的研发能够使得打印机能够适用于更多产品的生产和制造。
2.打印技术的创新
如果说材料的多样化是3D打印发展的基础，那么技术的创新和提高则是3D打印发展的关键。这主要体现在打印出产品的精度、打印速度、打印产品的种类及其智能化水平等方面。
3.应用范围的扩展
目前，虽然3D打印在很多领域都已经得到应用，但其使用并不普遍也不成熟，例如只有极少数种类的食品的制作应用到了3D打印技术;在建筑、医学等领域其应用也具有很大的局限性;还有一些行业由于各种原因并未涉足此项技术的应用。因此，随着科学技术的飞速发展，未来的3D打印将普遍应用于各行各业，为更多的领域发挥其巨大的作用。
4.打印机价格的控制
虽然与传统方式相比，3D打印节省了材料，缩短了生产时间，从而在一定程度上降低了加工产品的成本。但是现阶段3D打印机本身的价格还是比较昂贵的，尤其是功能强大、精度要求较高的打印机，这对一些规模较小的企业来说是非常困难的。因此，随着技术和材料的不断完善，3D打印机本身的制作成本将会降低，使得设备不再是技术应用的难题。
结语
在机械制造行业中应用3D打印技术，可以促进机械制造行业更好地发展。相关部门需要继续研究3D打印技术，只有提高技术水平，在机械制造行业中更好应用此技术，才能充分发挥其作用，为机械制造行业的发展贡献力量。
参考文献
[1]魏云虎.探讨3D打印技术在机械制造领域中的应用[J].时代农机，2017，44（02）：23+27.
[2]郑经伟，姚蓉.3D打印在机械制造领域的应用[J].信息记录材料，2017（7）
[3]孙姿姣.3D打印技术在机械制造中的应用[J].清远职业技术学院学报，2017（4）
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