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机械制造中3D打印技术的应用

2020/5/22    来源:公务员期刊网    作者:郭小燕      
关键字:3D打印技术  机械制造  
文章阐述了3D打印技术原理,分析其在机械制造行业中的创新应用及应用优势,以期促进3D打印技术与机械制造深度融合和发展,提升机械制造行业的社会经济效益。

1 3D打印技术概述

    作为第四次工业革命标志性生产工具的3D打印技术,又称增材制造技术是基于三维数字模型设计,运用高能束源或其他方式将粉末状金属、熔融体、塑料等特殊粘合材料,逐层打印再自下而上地堆积粘结构造成三维实体模型的过程。主要借助数字建模、计算机辅助设计(CAD)或三维测量等软件将产品结构数据化,和3D打印设备将产品设计思想快速、直接、自动、准确地落地实现,制造具有一定功能的设计产品。为设计思想验证、校验,产品原型制作等工作提供一种快速、高效、低成本的实现手段。

2 3D打印技术在机械制造的特点和应用优势

    3D打印技术特点为小批量、个性化生产;制造生产周期短;材料利用率高;生产成本低、效率高。在机械制造的应用优势如下。

    2.1 智能化制造生产

    机械制造的智能化、自动化是其发展核心方向。3D打印技术原理充分利用计算机各类智能软件程序对机械产品进行数字量化、虚拟设计,再通过打印设备将产品定型打印,这体现了智能化制造,实现机械设计到机械成型的快速高精度转化。机械制造行业由3D打印技术的加持,势必实现智能化制造生产的转型升级,更科学高效地生产符合人们需求的机械产品。

    2.2 个性化定制制造生产

    与传统机械制造相比,3D打印技术应用有小批量、个性化生产的技术特点和应用优势。可以网络平台为应用需求点来满足人们追求个性化,将客户群体由小批量订购的企业扩展至小群体客户甚至个人。如服装类、激光刻字等定制产品需求量越来越多,3D打印技术可快速将个性化创意变现,个性化产品快速生成,降低设计制造成本和缩短设计生成时间,更好地满足顾客的定制需求,提高顾客满意度。

    2.3 优化机械制造流程

    一般机械设计至制造流程包括预想产品市场需求调研、设计草图和功能预设、结构设计至模型制作、产品模型评估分析、设计优化、产品定型等,这需要反复对模型评估和设计优化,其流程较为复杂,对材料资源、时间和设计精力消耗较大,却其设计效率和产品质量与机械产品有偏差,致使机械设计制造成本高。但3D打印的应用,可快速打印出产品模型,直观评估产品功能和验证产品设计的科学性和合理性,进而调整设计方向、优化流程和降低设计成本,对设计要求高、产品类型变动多的机械制造适用性强。此外,从制造经济的角度来说,与机械制造相关的3D打印技术体表现出全方位的机械制造优势,关键是制造精度得以保障,简化和缩短机械制造流程,全面提高机械制造实效性和生产效率。

3 3D打印技术在机械制造中的应用

    3.1 三维测量与模型重建

    在机械制造中的三维测量和三维重建应用,是利用3D传感和三维扫描仪完成的。通过三维扫描仪的3D传感摄像头扫描捕捉机械产品三维轮廓,再使用垂直腔面发射激光器、衍射光学元件等3D传感元器件配合数模算法对机械产品进行三维测量和模型重建。其扫描精度高、应用快速便捷等优势,能加速机械制造自动化和互联网智能化发展,有助于转变发展方式和制造业的转型升级,进而增强企业产品的市场核心竞争力。

    3.2 机械产品数字化设计与制造

    3D打印技术在机械产品创新和数字化设计制造应用已成为必然趋势。通过数字化设计制造集成系统实现产品设计、产品三维建模与仿真以及虚拟装配以及虚拟制造、产品制造等全周期机械制造。因具有直接成型、成本低、开发周期短、绿色制造、柔性化制造等优点,在机械原型产品设计与制造中大多会利用3D打印技术来缩短开发周期,降低开发成本,提高设计效率。

    3.3 逆向建模的机械制造设计

    逆向建模有别于机械产品正向设计的,通过技术手段对产品进行逆向分析和研究,利用CAD等三维建模软件和3D打印设备,推算演绎该产品的结构特征、功能特点、技术规格及生产工艺等设计要素,实现产品的更新换代和“从有到新”的产品设计过程。其内容主要有3D扫描、逆向建模、软件应用、3D打印制作等,可利用3D扫描仪对被逆向建模的物件进行扫描,数据收集,三维模型重构,再对模型进行参数调整、结构优化等设计,实现对原模型再复制和创新设计。

4 结束语

    当前,3D打印技术在机械制造应用广泛,对机械制造和产品设计的智能化和数字化水平有显著提高,设计理念得以更新,设计成本得以节约,缩短机械制造产品设计周期。也是机械制造企业发展的核心内容,确保机械制造升级转型步伐加快,增强企业竞争力,提高企业生产效率,企业质量效益稳步提升。

责任编辑:程玥
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