3D打印技術(shù)優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)

秦波

摘 要：3D打印技術(shù)指的是利用物理層的持續(xù)疊加，通過逐步有序地進(jìn)行材料增加以實(shí)現(xiàn)生成三維實(shí)體目的的技術(shù)，因?yàn)椴煌诠逃械娜コ牧系募庸ぜ夹g(shù)，故3D打印技術(shù)又被稱為增材制造或添加制造。增材制造指的是按照三維CAD數(shù)據(jù)將現(xiàn)有材料組合并完成制作物體的過程，與建材制造相比，它是一種將材料不斷累積疊加的過程。它的基礎(chǔ)原理是通過對(duì)產(chǎn)品CAD數(shù)模，通過快速成型機(jī)工作在X-Y平面上以掃描的形式產(chǎn)生工件截面的形狀，繼而通過在Z坐標(biāo)間歇地做層面厚度的位移變化，最終形成三維制件?？梢园凑展に嚭统尚驮韺?D打印技術(shù)劃分為多個(gè)種類，已形成了4重比較主流的方法，即：SLS選區(qū)激光燒結(jié)、SLA激光立體固話、LOM疊層實(shí)體制造法以及FDM熔融層次成型技術(shù)。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);積累疊加;三維制件

0 引言

3D打印技術(shù)又叫添加制造，是增材制造技術(shù)的通俗說法，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)不同的是，它的文件基礎(chǔ)以數(shù)字模型來充當(dāng)?shù)?，通過粘合性較強(qiáng)的材料例如粉末狀金屬物等，采取堆疊的方式對(duì)已設(shè)計(jì)好的模型進(jìn)行三維實(shí)體的生成。1979年，3D打印的最初概念雛形被提出，在當(dāng)時(shí)這種技術(shù)被稱之為“快速原型?！?986年美國的查爾斯·赫爾為“立體光刻”技術(shù)申請(qǐng)了專利并申請(qǐng)成功，這種技術(shù)主要是采用紫外線照射的方式來使樹脂材料凝固，以達(dá)到制作物體的目的，此技術(shù)概念于1984年被提出。而3D打印技術(shù)是于1993年被提出，當(dāng)時(shí)是由麻省理工學(xué)院的數(shù)名技術(shù)專家共同發(fā)明并向?qū)＠稚暾?qǐng)專利。從該技術(shù)雛形成型并成功申請(qǐng)專利后，項(xiàng)目專家們對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行不斷地開發(fā)研究，3D打印技術(shù)成長迅速，能夠使用的材料和制作的產(chǎn)品范圍不斷擴(kuò)大，3D打印技術(shù)已經(jīng)不僅限于塑料金屬等產(chǎn)品，也可以對(duì)零部件、有機(jī)材料等進(jìn)行生產(chǎn)。經(jīng)過一段時(shí)間的發(fā)展，3D打印技術(shù)已經(jīng)步入快速發(fā)展?fàn)顟B(tài)，其市場(chǎng)發(fā)展空間仍舊廣闊。

1 當(dāng)前主要問題

1.1 當(dāng)前3D打印技術(shù)發(fā)展尚不成熟

我們不得不承認(rèn)，盡管經(jīng)歷了一段時(shí)間的發(fā)展，3D打印技術(shù)有所進(jìn)步，但在市場(chǎng)以及技術(shù)方面該技術(shù)仍然并不成熟。在新工業(yè)革命與增材制造國際研討會(huì)上，楊拴昌曾明確指出了3D打印技術(shù)現(xiàn)今仍存在并且至關(guān)重要的待解決問題，其中之一便是需要對(duì)生產(chǎn)過程中使用的設(shè)計(jì)工具進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。該項(xiàng)技術(shù)需要大范圍使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具。在進(jìn)行部件的制作時(shí)，也需要更好的使用工具來使材料性能和其形狀得到進(jìn)一步優(yōu)化，以達(dá)到控制材料使用量以及降低產(chǎn)品重量的目的。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中，研發(fā)出操作更簡(jiǎn)便的使用工具對(duì)該技術(shù)的非專業(yè)性人員也十分有必要。

1.2 可用材料需要持續(xù)拓寬

3D打印技術(shù)目前最常見的使用材料就是樹脂，這也間接的表現(xiàn)出該技術(shù)現(xiàn)在的可用材料稀少，但經(jīng)研究人員的努力，正在逐步向陶瓷、金屬、金銀等原材料的使用進(jìn)步。并且在將來還需要將更多的材料投入使用，并且更深入地進(jìn)行使用材料的研究，進(jìn)一步分析加工-結(jié)構(gòu)-屬性之間的關(guān)系，熟知每一種材料的特性，便于更好地利用材料，為材料的使用提供標(biāo)準(zhǔn)和范圍。

1.3 生產(chǎn)過程需要加強(qiáng)工藝控制

在該技術(shù)的發(fā)展和使用過程中，需要給裝備樹立明確的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，這能夠有效地提高該技術(shù)生產(chǎn)過程中的連貫性、統(tǒng)一性和重復(fù)性。除此之外，還需要在進(jìn)行打印生產(chǎn)的過程中對(duì)內(nèi)部進(jìn)行不間斷的監(jiān)控并進(jìn)行反饋，例如可通過傳感器來評(píng)估并檢測(cè)存在的漏洞或缺陷，只有進(jìn)行良好的監(jiān)控，才能使設(shè)備工作過程中出現(xiàn)故障的可能性降到最低。為達(dá)到更好地監(jiān)測(cè)并了解材料的性能和零部件功能特點(diǎn)，需要形成預(yù)測(cè)模型，令設(shè)計(jì)師和用戶都能對(duì)零件的基礎(chǔ)功能性能有一定的了解，并且通過調(diào)整設(shè)計(jì)的方式來實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)成果。

2 制造過程中3D打印技術(shù)的應(yīng)用

2.1 三維的印刷技術(shù)

3D打印機(jī)于90年代中期被成功研發(fā)，3D打印機(jī)遵從的工作原理是傳統(tǒng)打印機(jī)的原理，主要被應(yīng)用于將打印機(jī)和計(jì)算機(jī)后對(duì)原料進(jìn)行層層疊加，這項(xiàng)技術(shù)使用的是激光注射器等，后來，3D打印技術(shù)也被稱之為無?？刂萍夹g(shù)，在工作生產(chǎn)時(shí)需要使用粘合劑，使用噴嘴工具將需要進(jìn)行粘合的區(qū)域進(jìn)行粘合工作，用來粘合材料的是材料粉末，通過層層的粘合、鋪粉等工作完成一項(xiàng)任務(wù)的3D打印。

2.2 粉末材料在選擇性的激光燒結(jié)技術(shù)

選擇粉末材料來進(jìn)行激光燒結(jié)步驟最主要的就是在已籌備好的粉末上面進(jìn)行刮平工作，將已經(jīng)初步完成的零部件的表層進(jìn)行此項(xiàng)工作，在此基礎(chǔ)上還需要對(duì)零件的截面進(jìn)行掃描工作，此項(xiàng)工作使用的是二氧化碳激光器作為工具，在激光高強(qiáng)度的照射下，很容便可以將材料燒結(jié)在一起，也因著這樣的原理，二氧化碳激光器才能夠?qū)⒘悴考慕孛嫱暾貟呙瑁饘俚炔牧鲜沁M(jìn)行燒結(jié)的主要材料。此外，一些燒結(jié)材料產(chǎn)生的燒結(jié)薄膜或磨砂也有著其他使用價(jià)值。

2.3 立體光固化的相關(guān)成型技術(shù)

目前世界上各研究人員主要針對(duì)立體光固化方面進(jìn)行對(duì)3D打印技術(shù)的研究，并且取得了良好的研究成果，相對(duì)來說對(duì)它的研究較為成熟，在此技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)此項(xiàng)技術(shù)的適用范圍更為廣泛。該技術(shù)同樣采用計(jì)算機(jī)控制的方式，對(duì)一些液態(tài)的光敏樹脂進(jìn)行掃描工作，達(dá)到凝固材料的效果，同樣是在經(jīng)過層層疊加后達(dá)到3D打印成型的效果。在進(jìn)行該技術(shù)的相關(guān)開發(fā)過程中可以運(yùn)用其他相關(guān)材料來進(jìn)行對(duì)傳統(tǒng)3D打印技術(shù)材料的替換。

3 結(jié)語

本篇主要對(duì)3D打印技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的鑄造過程中的運(yùn)用和與該技術(shù)有關(guān)的使用探究工作。本文首先對(duì)鑄造行業(yè)中運(yùn)用的3D技術(shù)，在三維的印刷技術(shù)、粉末材料選擇性的激光燒結(jié)技術(shù)、立體光固化成型技術(shù)等幾個(gè)方面進(jìn)行了深入探討，其次介紹了3D打印技術(shù)在鋼鐵鑄件生產(chǎn)時(shí)的相關(guān)運(yùn)用，最后分析了3D打印技術(shù)的多種成型技術(shù)，對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行總結(jié)研究，分析其在汽車零部件制造業(yè)的優(yōu)勢(shì)。通過多方面的研究，對(duì)方法加以試驗(yàn)總結(jié)，希望相關(guān)技術(shù)人員可以對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行進(jìn)一步研究實(shí)驗(yàn)，在大程度上減少在3D打印技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)過程中會(huì)出現(xiàn)的問題，減少零部件生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的誤差。本文多次提到的3D打印技術(shù)在零部件生產(chǎn)時(shí)的應(yīng)用，間接地說明了汽車3D打印技術(shù)的成熟有助于推動(dòng)我國的技術(shù)更進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)3D打印技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)赝顿Y發(fā)展，為我國的模具制造和汽車零部件生產(chǎn)做出更大的貢獻(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)將3D打印技術(shù)更好地應(yīng)用到汽車零部件的生產(chǎn)中。

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