3D打印技術(shù)對(duì)機(jī)械制造業(yè)的影響分析

陳崇軍

摘 要：當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)的科技水平同過(guò)去相比不可同日而語(yǔ)?？萍嫉陌l(fā)展必然會(huì)刺激機(jī)械制造業(yè)向前進(jìn)步。3D打印技術(shù)是一種新科技、新技術(shù)，雖然在現(xiàn)階段還處于不斷改進(jìn)和進(jìn)步的階段，但是對(duì)機(jī)械制造業(yè)方方面面的影響是深遠(yuǎn)的。文章將通過(guò)分析3D打印技術(shù)原理和優(yōu)勢(shì)，闡述3D打印技術(shù)對(duì)機(jī)械制造業(yè)的影響。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造；3D打??；影響

中圖分類(lèi)號(hào)：TH16 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）20-0036-02

前言

3D打印技術(shù)的橫空出世是科技高速發(fā)展的結(jié)果。3D打印技術(shù)的獨(dú)特功能可以應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域，其中在機(jī)械制造業(yè)上，3D打印技術(shù)使機(jī)械制造業(yè)能夠走上新的巔峰。3D打印技術(shù)是一種以數(shù)字模型為基礎(chǔ)的條件上用金屬、塑料等材料進(jìn)行粘合，通過(guò)逐層打印疊加的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。

這一技術(shù)能夠用最快的速度實(shí)現(xiàn)模型的展現(xiàn)。而且3D打印技術(shù)能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行成型模擬，減少了傳統(tǒng)制型所使用的模具等材料的使用。當(dāng)前世界科技發(fā)展以“數(shù)字化”為核心理念。新能源、新材料和新機(jī)械等技術(shù)要求越來(lái)越多被提及和重視。這將是人類(lèi)的“第三次工業(yè)革命”。3D打印技術(shù)的投入使用，對(duì)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展將起到提升作用，那么這一技術(shù)究竟會(huì)對(duì)機(jī)械制造業(yè)產(chǎn)生哪些影響？這是本文將敘述的內(nèi)容。

1 我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的概況

機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展決定了一個(gè)國(guó)家的制造業(yè)的整體水平，在工業(yè)化之路上，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)一直處在蓬勃發(fā)展階段，建國(guó)以來(lái)，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)不斷取得突破和進(jìn)步。

雖然我國(guó)機(jī)械制造業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展，但是相對(duì)于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家還存在一定的差距，我國(guó)在一些大眾機(jī)械產(chǎn)品的建設(shè)和設(shè)計(jì)上存在明顯不足，隨著科技水平的發(fā)展，發(fā)達(dá)國(guó)家大量高科技的機(jī)械制造技術(shù)相應(yīng)出現(xiàn)，這使得我國(guó)在一些技術(shù)含量較高的機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)上面捉襟見(jiàn)肘。這也說(shuō)明了我國(guó)機(jī)械制造業(yè)還處在傳統(tǒng)制造時(shí)期。

我國(guó)機(jī)械制造業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和智能化相對(duì)不足和落后，一些機(jī)械制造需要大量的人力和物力，制造環(huán)節(jié)麻煩復(fù)雜，消耗了大量的資源和資金，這種生產(chǎn)模式很難提高機(jī)械制造業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

近年來(lái)，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)注重對(duì)新技術(shù)的應(yīng)用，比如領(lǐng)先的CIMS技術(shù)，這種技術(shù)CIMS是通過(guò)計(jì)算機(jī)集成技術(shù)將人、技術(shù)、經(jīng)營(yíng)管理三要素及其信息與物流有機(jī)集成并優(yōu)化運(yùn)行的復(fù)雜的大系統(tǒng)。通俗來(lái)講就是要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的智能化、信息化和自動(dòng)化。[1]這一技術(shù)在一些大型機(jī)械制造企業(yè)已經(jīng)得到重視并開(kāi)始啟用，但在一些中小型的制造企業(yè)還是存在生產(chǎn)智能化與自動(dòng)化的不足。這主要因?yàn)闄C(jī)床編程復(fù)雜，且可編程控制器使用率較低，導(dǎo)致制造業(yè)基礎(chǔ)自動(dòng)化的普及還比較欠缺。

由此看來(lái)，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)雖然一直在發(fā)展進(jìn)步，但是在生產(chǎn)的智能化自動(dòng)化領(lǐng)域明顯落后于世界潮流，相關(guān)核心技術(shù)使用上還存在一定的瓶頸，因此，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)必須在平穩(wěn)進(jìn)步的過(guò)程中，加大對(duì)機(jī)械制造業(yè)的改革，努力實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化和智能化。

2 3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

3D打印技術(shù)的應(yīng)用是未來(lái)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，現(xiàn)在制造業(yè)已經(jīng)朝著數(shù)據(jù)化的方向發(fā)展進(jìn)步，3D打印技術(shù)在制造復(fù)雜物品時(shí)能夠降低成本，同時(shí)還能增加產(chǎn)品的多樣化，3D技術(shù)的設(shè)計(jì)空間還具有一定的廣闊性，其制作材料能夠無(wú)限組合，實(shí)現(xiàn)精確的實(shí)體復(fù)制，這在很大程度上能夠促進(jìn)和提高制造業(yè)的創(chuàng)新能力。

3D技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)還在于制造端占用空間比較小，能夠?qū)崿F(xiàn)便攜制造的模式，大大提高了工作效率。該技術(shù)可以加工傳統(tǒng)方法難以制造的零件。傳統(tǒng)制造零件的方式大多是采用模具，在面臨一些工序復(fù)雜的零件制造時(shí)存在一定的困難，極大地限制了加工水平的發(fā)展。與之不同的是3D打印技術(shù)獨(dú)特的立體打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)復(fù)雜零件的復(fù)制，從而解決了這一加工難題。

3D打印技術(shù)能夠縮短制造準(zhǔn)備和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的時(shí)間，能夠減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期和實(shí)驗(yàn)制造，能夠促進(jìn)和配合機(jī)械制造業(yè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性的制造，而且能夠縮短工期和降低成本，該技術(shù)的應(yīng)用能夠刺激機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力。

此外，3D打印技術(shù)具有制造速度快，適用性高的特點(diǎn)，該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)能夠解決制造業(yè)在生產(chǎn)制造過(guò)程中各種缺陷。如一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)、零配件的制造，重型機(jī)械和一些高科技含量較高的機(jī)械都需要利用3D打印技術(shù)，其對(duì)提高機(jī)械產(chǎn)品的穩(wěn)固性和連接強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方法。因此，3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)能夠提高機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品制造能力，豐富機(jī)械制造業(yè)的創(chuàng)新能力。

3 3D打印驅(qū)動(dòng)控制原理

3D打印設(shè)備的構(gòu)成與傳統(tǒng)打印機(jī)較為相似。3D打印機(jī)也是由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)據(jù)處理電路、電源及輸入輸出模塊這幾個(gè)部分構(gòu)成的。

我們就以閃鑄Adventurer系列的3D打印機(jī)為例，這種打印機(jī)高溫噴頭比較特殊，而且由控制電路和輸出基板等部分組成，其重要控制是操作電腦完成，打印機(jī)可通過(guò)USB數(shù)據(jù)線插入電腦數(shù)據(jù)接口，也可以使用預(yù)先儲(chǔ)存下載的模型文件或者通過(guò)U盤(pán)、SD儲(chǔ)存卡等導(dǎo)入3D模型文件，操作人員可以通過(guò)LCD打印控制界面來(lái)進(jìn)行控制打印。

3D打印機(jī)的電路板采用的是ATmega1280-16AU（16MHz）8位AVR微處理器，這個(gè)電路板能夠通過(guò)處理，將3D模型文件轉(zhuǎn)換成X、Y、Z軸的形式，并形成噴頭供料數(shù)據(jù)。[2]之后工件輸出基板會(huì)在X軸和Y軸上平面移動(dòng)，系統(tǒng)會(huì)預(yù)先設(shè)置好高溫噴頭的供料的速度以及高溫噴頭垂直移動(dòng)的速度，精準(zhǔn)地噴在工件輸出基板上，然后最后要做的模型就順利形成了。

在進(jìn)行3D模型打印時(shí)，材料放在兩個(gè)方向是向中間運(yùn)動(dòng)的輥輪上，兩個(gè)輥輪能夠?qū)Σ牧袭a(chǎn)生一定的摩擦力，料盤(pán)會(huì)對(duì)材料產(chǎn)生拉力，拉力和摩擦力共同作用產(chǎn)生了驅(qū)動(dòng)力。

4 3D打印技術(shù)對(duì)機(jī)械制造業(yè)的影響

4.1 提升創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)智能化

（1）3D打印技術(shù)能夠激發(fā)機(jī)械制造業(yè)的創(chuàng)新能力，運(yùn)用該技術(shù)的獨(dú)有優(yōu)勢(shì)，能夠快速完成原型制造，能夠更高效地將概念產(chǎn)品化為現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品，我們可以在這個(gè)過(guò)程進(jìn)行修改和重新設(shè)計(jì)，能夠激發(fā)設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)新，該技術(shù)的普及將會(huì)改變傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)產(chǎn)品的更新速度。

（2）制造業(yè)在生產(chǎn)制造機(jī)械之前需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，在制造業(yè)激烈競(jìng)爭(zhēng)的大背景下，設(shè)計(jì)周期的長(zhǎng)短直接關(guān)系到最終的產(chǎn)品效益。3D打印技術(shù)能夠憑借其高效的設(shè)計(jì)模型的能力，使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期大大縮短，且降低設(shè)計(jì)成本，能夠擴(kuò)大制造企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）3D打印技術(shù)未來(lái)會(huì)在制造業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)普及，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械制造的智能化和自動(dòng)化，能夠降低人力資源的投入，一些模型機(jī)械的建造省去焊接、切割等流程，極大的減少了人力成本。此外該技術(shù)的運(yùn)用，[3]能夠提升工業(yè)的精細(xì)化，能夠使機(jī)械制造業(yè)實(shí)現(xiàn)科技上的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化的生產(chǎn)模式。

4.2 降低生產(chǎn)成本，提升經(jīng)濟(jì)效益

我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)還是比較激烈的，企業(yè)都希望通過(guò)降低成本，提高生產(chǎn)技術(shù)，以增強(qiáng)自身企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。實(shí)際上，制造業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成本還是比較昂貴的，尤其是科技含量較高的產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)成本也是十分的高昂。而3D打印技術(shù)可以使產(chǎn)品在各個(gè)因素下都能夠快捷高效地整合生產(chǎn)，能夠降低設(shè)計(jì)成本。

3D的模型打印功能在前期制造階段實(shí)現(xiàn)對(duì)制造項(xiàng)目的審核和測(cè)試，如果產(chǎn)品不夠成熟可以及時(shí)加以修改或者重做，這些是傳統(tǒng)制造方式所不能夠做到的，過(guò)去沒(méi)有該技術(shù)的支撐，導(dǎo)致有些產(chǎn)品設(shè)計(jì)出現(xiàn)的問(wèn)題直到產(chǎn)品完工后才發(fā)現(xiàn)，因此會(huì)造成更大的損失。所以3D打印技術(shù)的應(yīng)用能夠有效降低設(shè)計(jì)的成本，還能避免制造錯(cuò)誤帶來(lái)的損失。

此外，傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行動(dòng)手組裝，而且相關(guān)零部件還需要收集，經(jīng)常出現(xiàn)零部件不全，拖延設(shè)計(jì)周期的情況，3D打印技術(shù)簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)組裝的流程，該技術(shù)通過(guò)打印，提高了工作效率降低了成本。在傳統(tǒng)的產(chǎn)品制造過(guò)程中，還有一些產(chǎn)品需要分開(kāi)制造，再進(jìn)行統(tǒng)一安裝，3D打印技術(shù)的使用能夠直接整體地進(jìn)行制造，大大縮短了工期，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

4.3 增強(qiáng)了工藝實(shí)現(xiàn)能力，制造體系或迎來(lái)改革

3D打印技術(shù)能夠提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)廣度，在過(guò)去，一些產(chǎn)品設(shè)計(jì)者能夠設(shè)計(jì)和暢想出優(yōu)秀的產(chǎn)品，但是因?yàn)闂l件所束，不能夠?qū)崿F(xiàn)，3D打印技術(shù)能夠使產(chǎn)品得到創(chuàng)新，提高了難加工材料可加工性，拓展了工程領(lǐng)域。并且該技術(shù)能制造出傳統(tǒng)工藝無(wú)法加工的零部件，能夠極大增強(qiáng)工藝實(shí)現(xiàn)能力。當(dāng)前制造業(yè)正走向自動(dòng)化和智能化之路，因此，我們必須好好利用這一技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)制造體系的改革。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展必將經(jīng)歷改革，走向自動(dòng)化、智能化的高科技之路。我國(guó)制造業(yè)的生產(chǎn)方式的改革需要以技術(shù)為支撐，科學(xué)為導(dǎo)向。3D打印技術(shù)開(kāi)創(chuàng)了機(jī)械制造業(yè)的綠色的制造模式，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的創(chuàng)新，使機(jī)械制造業(yè)邁向了新的臺(tái)階。此外，我們還應(yīng)該深刻認(rèn)識(shí)到，3D打印技術(shù)不是萬(wàn)能的，既有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)，需要我們?cè)趯?shí)踐中認(rèn)真分析研究其使用方法，努力發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，從而提高我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的實(shí)力。

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[3]許廷濤.3D打印技術(shù)-產(chǎn)品設(shè)計(jì)新思維[J].全球IT新浪潮，2012（9）：5-7.