3D打印技术在机械制造中的应用

Vol.10,No.4July20173D打印技术在机械制造中的应用

孙姿姣

（清远职业技术学院机电与汽车工程学院，广东清远511510）

摘

要：3D打印技术是一种综合了计算机、光学、电气、液压以及新型材料等多种学科的快速成型技术，本文从3D打

印技术的打印原理和打印特点出发，简单阐述了3D打印技术在机械制造领域的应用，希望可以为相关人员更好地应用3D打印技术提供一点帮助。

关键词：3D打印技术；机械制造；应用分析中图分类号：TH126.1

文献标识码：A

文章编号：1674-46（2017）04-0052-03

1.13D打印技术的发展历程

13D打印技术概述

不论是三维动画建模或者给摩天大楼建模，都可以用3D打印技术把实际的效果呈现出来，此外3D打印技术的用处不仅于此，它还能制作成品，但是制作过程中要考虑三个因素。

第一，材质。我们已经有了大量的材质可用，比如塑料、金属等等都可以利用。

第二，成本要小。尤其是对比传统的制作方式，比如注塑成型技术，就会产生很多多余的成本，如果生产大批量的产品，可以忽略它的成本，但是如果只是需要生产一两个，或者是几百个产品，3D打印就可以减少很多成本，因为打印第一个产品和打印第100个产品的成本都是一样的，因为单个制作成本比较高，所以3D打印特别适合小规模项目的制作。

第三，复杂度。传统的方式对复杂的模型束手无策，复杂的模型成本不高，但是实现起来却很困难，比如一个线框型的小兔子，用注塑成型的方法很难制作，但是如果用3D打印成本就可以控制的很好，因为小兔子主要成分就是材质，而这种线框型的小兔子模型用不了多少材质。任何可以分层打印的产品都可以用3D打印，比如可以用巨型胞构成的器官等等，只要能设计出来就能打印。3D打印机打印房子，或者用3D打印机打一处细

3D打印是通过数字化数据来实现的。在过去

在世界第一台3D打印设备诞生之后的30

年，3D打印技术飞速发展，在社会中产生了深远影响。直到1991年实现了，3D打印设备实现了较大转变，1996年3D打印机问世。1994年我国第一台3D打印机诞生，该设备申请了知识产权，3D打印机的打印材料主要为聚丙烯塑料以及塑料粉末状物，目前广泛应用于航空航天产品、医疗器械以1.23D打印技术的概况及影响打印的因素及汽车生产中[1]。

末为材料，通过电脑数据模型传输，运用逐层打印的方法建构物体的一种快速成型技术。

3D打印(3Dprinting)，是以塑料粉末和金属粉3D打印最初是用在雏形打印（样品打印）上。

雏形，就是成品的一个粗略样品，传统的打印方式

是以雕刻土、金属制版的方式来实现，但是这种打印方式很费时间，后来由于3D打印的出现，并且具有速度快的特点，所以3D打印又被称为“快速雏形”。由于3D打印的出现，发明者们、设计师们和工程师们可以用几个小时迅速地制作出一个展示样品，在产品设计领域中，大大加快了打印速3D打印技术就会更加得心应手。

度。然而在已经有了数字工作流程的行业中，用

收稿日期：2017-03-31

作者简介：孙姿姣（19-），女，云南昆明人，助教，从事机电一体化研究。

52第10卷清远职业技术学院学报2017年

机械制造业中主要用于模具制造、工业设计等领域，现在3D打印技术已经广泛应用于珠宝、建筑、牙1.3科3D、医疗产业、土木工程、支等领域。具打印有数技字术制的造特功点

能的3D打印技术。在CAD

软件的驱动下，使需要打印的产品结构数字化，同时将数字信息传送到相关的机器设备，从而制造各种类型的器件。

具有降维制造功能的3D打印技术。在打印过程中会对产品降维制造，降维意味着把零件从三维结构转变为二维结构，然后在二维的基础上不断累积，最终构成三维产品。3D打印技术可以制造出任何复杂的结构，提高了机械制造的柔性化。

具有快速制造功能的3D打印技术。在3D打印的过程中，不需要任何的工具或者专用夹具来固定零件，也不需要机械加工人员进行加工干预操作，整个打印过程是集制造化、自动化、智能化于一体的，同时能根据消费者的自身要求打印出具有个性化的产品零件。

具有直接制造功能的3D打印技术。在打印过程中，产品零件都是通过数字化信息来实现的，在软件的驱动下让打印材料层层堆积，省去了机械制造的组装和拼接流程，保证了产品的灵敏性和精度，提高了生产效率。23D打印技术的原理

层AM累）加技3D打术打印为基础印以增材料来，材通制实过现“造零自（Additive件下而制造上”。的Manufacturing近制年造来方AM法技逐

，

术取得了快速的发展，“快速原型制造（RapidPro原totyping造（Solid）”“Free-form三维打印Fabrication（3DPrinting）”之）”“类实各体异自的由叫制法

分别从不同侧面表达了这一技术的特点。3D打印技术的实质是把三维模型通过三维仿真软件在纵坐标轴方向剖切成有限多个平面，并通过分层叠加的方法逐层打印材料，实现等比例模[2]2.1型设采计用三。

三维成维型成的方形的法就3D是打印先把相应的粉末状的材

料放置在加工平面上，然后把它们铺成薄薄的一

层，再涂上粘合剂让其凝固，最后根据电脑数据传输过来的信息打印出预先设定好的零件，打印完之2.2后再采熔用清融熔理沉融掉积沉工技积作台上术技就术是的的多余先3D材料。用绘打印

图软件把三维模型

录入到电脑里面，然后电脑通过信息处理，把三维数据传输到打印机，打印机又根据数据绘制出打印路线，最终打印出模型形状。在打印过程中，打印机会先根据数据打印出一层薄的平面，待平面冷却凝固之后，又重复该过程继续打印，在原来的基础上层层叠加，直到模型打印完整。33.13D3D打印技术现打印阶段技，3D术在的机械制造打局印限技性

中的应用术已经应用于多个领域

中，如汽车制造业、机械制造业、服装产业、军事制造业等等。虽然3D技术应用于众多领域，但是3D打印技术还存在许多局限性。

料与3D无机打粉印料机等，所使并用且的单材一料产单品一，只能仅一有次石成膏型、，塑

不同材料不能叠加，很大程度上造成了不便。比如，在打印汽车时只能单一打印汽车的某一零件，最终还需要人工组装。同时，材料还具有一定危害性，有可能对环境造成污染。由于材料的局限性，3D打比如3D印也不航空零打印能件只用，适于对于大部分标准用打于印打电印子形状元器复件零杂。

件的而单言，一零3D件打，

印耗能大、效率低、成本高，不利于生产，如果需要3.2大批3D量打印生产印技零技术件术改，还最变是数大的了机控特械机点制床就造比是的较可格方以局便。

根据计3D算打机图形自动分析数据然后打印直零接件制，造在

，

生产中用3D打印技术可以提高生产效率、控制生产成本，虽然目前的3D打印技术还未能在机械制造领域中广泛应用，但此项技术的发展潜力不容忽视。随着3D打印技术的不断成熟，它将会改变机械制造的格局。生产线中加工机械制造零件时零件不容易分散加工，生产过程容易被垄断，但是3D打印技术就能很好的解决这一问题。同时，在中小企业中，由于3D打印技术的支持，能根据

53第4期孙姿姣：3D打印技术在机械制造中的应用总第期

3.33D打印技术提高了产品的开发速度

客户需要设计出个性化的产品，增强企业竞争力。

现代机械制造行业大部分以柔性自动化生产

的设计过程和加工过程简化了，提高了企业的经济利益。

航空航天上对零部件要求有较高的稳定性，并且还需要小批量的生产各类零部件，由于零部件的形状各异，并且对于不同的零部件加工要求不同，这样一来就增加了加工难度。如果采用传统制造业来生产零部件，需要加工300多个精度和稳定性较高的零件，然后将其组装，但是如果采用作，而且能保证零部件的精度和稳定性[4]。3D打印技术，只需要三个零件就可以完成加工工

综上所述，3D打印技术虽然有局限性，但是在机械制造领域中仍扮演着重要的角色。现代机械生产要不断应用先进制造技术，才能提高企业生产效率，增强企业竞争力，更大程度地改变机械制造行业的发展格局。

参考文献：

[1]孙亮，石鑫.3D打印技术的应用与发展[J].浙江水利水电学报，

2015(2).

[2]宫丽.浅谈3D打印技术在机械制造领域中的应用研究[J].电子

技术与软件工程，2014(6).[3]伊鹏，卢阳.在机械制造领域中3D打印技术的应用探微[J].科技视界，2016(3).

[4]卞正岗.机械制造自动化与仪器仪表制造自动化的发展———快速成型系统及3D打印机[J].中国仪器仪表，2013(8).

线为主，虽然柔性自动化生产线大大减轻了人们的劳动强度，但是在生产中还是存在一些问题，比如在用数控机床加工零件的时候，需要重复装夹零件，这样一来使得产品生产速度慢，生产效率低。同时，加工出的零件精度不能很好的控制，在校验过程中也会耗费大量时间，校验不合格还得修改。整个过程消耗大量人力物力，延长产品生产周期，对机械制造的发展产生不利影响。

制造领域中采用3D打印技术，很大程度上提高了产品开发速度，并且通过3D打印技术生产的产品能得到较好的质量，从而节省了修改时间，提3.43D打印技术改变了传统的设计理念高了生产效率[3]。

用传统方法加工零件时，要求机械制造商要

设计很多层结构才能加工出零件，组装过程繁琐导致生产效率大打折扣。由于3D打印技术的出现，为机械制造行业解决了很多问题。3D打印的过程中不需要大量人力物力，只需要预先编制好打印形状，设定好程序就能直接加工，整个加工过程都依靠电脑实现自动化加工。并且加工出的零件精度和稳定性都较好，此技术的应用，把零部件

TheApplicationof3-DPrintingTechnologyintheMechanicalManufacturing

(CollegeofElectromechanicalEngineering,QingyuanPolytechnic,Qingyuan511510,China)

SUNZijiao

Abstract:The3-DPrintingisarapidprototypingtechnologyconsistingofsomedisciplines,suchasoptics,computer,elec原tric,hydraulic,polymerandsoon.Startingwiththeprintingfunctionsandprintingfeaturesof3-Dprintingtechnology,thisthesisexplainstheapplicationof3-Dprintingtechnologyinthemechanicalmanufacturingfield,hopingtohelptherelatedpractitionerswithabetterapplicationofthe3-Dprintingtechnology.

Keywords:3-Dprinting,mechanicalmanufacturing,applicationanalysis