引言

3D打印鈦合金技術(shù)相較于傳統(tǒng)的零部件制造，有著極高的效率與精準(zhǔn)性，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，不需要使用任何模具，也不需要使用刀具進(jìn)行切割，降低了投入的成本，符合現(xiàn)階段社會(huì)發(fā)展的需求，并且在各行各業(yè)都有著廣泛的應(yīng)用前景。

1、3D打印技術(shù)原理

3D打印技術(shù)的原理有三個(gè)方面。首先便是軟件建模，利用 CAD 與 PE 等各種建模軟件可以設(shè)計(jì)出大部分零部件，3D建模的質(zhì)量也變得越來(lái)越精細(xì)。其次便是零部件模型的分層，具體原理便是將三維物體的數(shù)據(jù)通過(guò)信息化技術(shù)轉(zhuǎn)化為二維的數(shù)據(jù)，3D打印技術(shù)可以對(duì)一個(gè)完整的三維模型進(jìn)行多個(gè)層次的劃分與切割，并將其以二維數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行記錄、設(shè)計(jì)。在實(shí)際的3D打印過(guò)程中，對(duì)一個(gè)完整的三維模型劃分與切割的層次越多，所打造出的零部件尺寸準(zhǔn)確度就越高。在實(shí)際的打印過(guò)程中，更要重視打印的材料[1]。

2、3D打印技術(shù)在我國(guó)的現(xiàn)狀

2.1 以高校為核心研發(fā)3D打印技術(shù)

在我國(guó)依托于高校為核心建立的3D打印技術(shù)研發(fā)體系，已經(jīng)為我國(guó)研發(fā)出了大量的先進(jìn)3D打印技術(shù)，甚至一些特殊的3D打印技術(shù)水平，已經(jīng)達(dá)到了世界的技術(shù)水平前列。這種以高校為核心的技術(shù)研發(fā)體系，促進(jìn)了我國(guó)3D打印技術(shù)的發(fā)展。因此為了更好地推進(jìn)我國(guó)3D打印技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)于高校的研究資金投入，來(lái)幫助我國(guó)高校研究所的發(fā)展，培養(yǎng)一批優(yōu)秀的3D打印技術(shù)型的高質(zhì)量人才，以此來(lái)達(dá)到推進(jìn)我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的目的。

2.2 以3D打印技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)

因?yàn)槲覈?guó)高校研究中心以及國(guó)家和社會(huì)的科學(xué)研究所的不斷努力，我國(guó)已經(jīng)構(gòu)建起了一定規(guī)模的3D打印產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)，目前已經(jīng)涌現(xiàn)出多家以3D打印技術(shù)為核心的企業(yè)。雖然現(xiàn)階段我國(guó)3D打印技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模較小，但是隨著我國(guó)對(duì)3D打印技術(shù)的不斷推 廣與應(yīng)用，先進(jìn)的3D打印技術(shù)會(huì)幫助我國(guó)開(kāi)發(fā)更大的產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)，并在世界零部件生產(chǎn)、銷(xiāo)售市場(chǎng)中占據(jù)大量的份額。

2.3 金屬3D打印技術(shù)領(lǐng)先地位

我國(guó)對(duì)3D打印技術(shù)的研發(fā)也給予了高度的重視，因此我國(guó)的3D打印技術(shù)不斷完善與進(jìn)步，我國(guó)也攻克了不少高性能金屬零部件3D打印制造的難題，使得我國(guó)在金屬3D打印技術(shù)中位居全球的領(lǐng)先地位。我國(guó)領(lǐng)先的金屬3D打印技術(shù)可以幫助我國(guó)在和他國(guó)進(jìn)行零部件產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)時(shí)始終處于領(lǐng)先地位，增強(qiáng)了我國(guó)的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，促進(jìn)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)規(guī)模的擴(kuò)大，幫助我國(guó)實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興[2]。

3、熔融式3D打印

隨著3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，各種3D打印技術(shù)陸續(xù)出現(xiàn)，但是熔融式3D打印，仍然是最適用于目前零部件制造的一項(xiàng)3D打印技術(shù)。熔融式3D打印在實(shí)際的工作中，可以幫助我們解決面對(duì)各類(lèi)模型時(shí)的困難，解決實(shí)際的技術(shù)要求難點(diǎn)，以便我們可以更 好地打印出合格的零部件模型。

3D打印技術(shù)大量走向國(guó)際市場(chǎng)，但是由于受工藝技術(shù)和材質(zhì)、價(jià)格等多方面的因素，現(xiàn)在應(yīng)用得最為普遍的3D打印技術(shù)，就是熔融式3D打印技術(shù)[3]。

4、熔融式3D打印的原理

熔融式3D打印機(jī)工作的基本原理并不復(fù)雜，首先進(jìn)行加熱處理，使此處的打印機(jī)物料頭與噴絲板達(dá)到熔化狀態(tài)，在到達(dá)一定溫度以后，及表明打印機(jī)工作即可進(jìn)行。然后將零部件的3D模型相關(guān)文件資料導(dǎo)入，依靠于計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)管理熔融式3D打印機(jī)的工作，使噴絲頭沿著一種特定的軌跡進(jìn)行移動(dòng)，在工作中提高噴絲頭的熱度，將熔化后的打印材料，拼組到打印版上，通過(guò)噴絲頭的移動(dòng)來(lái)完成層層的3D打印，最終得到完美的零部件模型。

5、制作熔融式3D打印機(jī)的常用模型技術(shù)

熔融沉積工藝在3D打印機(jī)的各類(lèi)工藝中使用得最普遍，但在部分模具制造中仍面臨著許多技術(shù)難題和自身局限。通過(guò)熔融式3D打印機(jī)，可以經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)檢測(cè)，考察打印效果，剖析打印問(wèn)題，并總結(jié)出熔融式3D打印機(jī)在制造部分模具時(shí)，必須注意技能的 使用要領(lǐng)[4]。

5.1 設(shè)計(jì)打印底座

在打印之前，首先需要設(shè)計(jì)和繪制模型圖紙，以此來(lái)制造打印機(jī)的底座，打印的底座最大的好處是當(dāng)打印模型初始面不規(guī)則平整時(shí)，可以使模型擁有支撐的能力，確保在打印過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)歪斜的情況。在實(shí)際的打印過(guò)程中，初始打印面過(guò)小時(shí)，打印機(jī)會(huì)自 動(dòng)進(jìn)行識(shí)別、打印底座，但自動(dòng)打印的模式會(huì)使底座存在部分缺陷。在部分模型中，打印機(jī)自動(dòng)設(shè)計(jì)的底座會(huì)與模型緊密相連，在完成打印之后，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行分離，最終使得打印出的模型報(bào)廢，無(wú)法使用。

5.2 了解打印材料的剩余量

在打印常用模型的時(shí)候，還要考慮模型的尺寸規(guī)格大小等基本條件能否滿足現(xiàn)在的打印機(jī)需求。因?yàn)橐坏┠Ｐ偷囊?guī)格過(guò)大，而在打印機(jī)中剩余的打印機(jī)材料又不夠，就會(huì)產(chǎn)生了打印機(jī)的模型不夠完全，而無(wú)法進(jìn)行印刷的現(xiàn)象，這最終會(huì)導(dǎo)致模型化無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

必須在從頭放入的印刷材料中預(yù)熱之后進(jìn)行印刷，因?yàn)檫@不僅損壞了材料，而且還浪費(fèi)資源。最好的方法是對(duì)于打印機(jī)進(jìn)行設(shè)置，檢測(cè)打印的材料是否足夠進(jìn)行完整的模型打印，這樣當(dāng)打印材料不足時(shí)，可以在打印前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

5.3 設(shè)置公差

為某些特殊的零部件設(shè)定必要而合理的公差。在某些特殊模具的制造過(guò)程中，因?yàn)椴馁|(zhì)的影響以及與打印機(jī)可能產(chǎn)生的偏差等問(wèn)題，對(duì)這些模具進(jìn)行了打印，但在最后完成時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致模具無(wú)法達(dá)到現(xiàn)實(shí)中的使用條件，從而產(chǎn)生問(wèn)題。尤其是在像機(jī)械這一類(lèi) 的重要零部件中涉及到的配合時(shí)，比如當(dāng)打印一個(gè)螺孔時(shí)，按實(shí)際要求打印，會(huì)導(dǎo)致打印出來(lái)的螺孔出現(xiàn)比實(shí)際要求更大的情況，無(wú)法達(dá)到使用要求。因此對(duì)于這類(lèi)零件需要設(shè)置一定的公差，使得最終打印出來(lái)的模型達(dá)到使用要求。

5.4 調(diào)整打印方向

在打印零部件模型之前，需要確定所打印零部件的打印面，根據(jù)零部件不同的形狀與大小，來(lái)選擇最優(yōu)的打印初始面，選擇的打印初始面不同，會(huì)導(dǎo)致最終的零部件質(zhì)量有著很大的差別，打印一個(gè)長(zhǎng)桿的零部件模型時(shí)需要選擇橫著進(jìn)行打印，如果選擇立著打印，會(huì)導(dǎo)致因?yàn)榧夹g(shù)原因，打印機(jī)會(huì)自動(dòng)建立各種支撐，使得最終零部件在成型之時(shí)發(fā)生嚴(yán)重的變化。因此在實(shí)際的3D打印中，需要調(diào)整合理的打印初始面，確保零部件模型重心較低，才能打印出最優(yōu)的零部件[5]。

6、熔融式3D打印高分子材料分析

6.1 高分子絲材

ABS 材料擁有強(qiáng)度高、彈性好、耐沖擊和易于機(jī)械加工等優(yōu)勢(shì)，而且 ABS 同時(shí)還擁有優(yōu)異的熱絕緣性及其耐腐蝕性，并且能夠在非常低的工作溫度下保持其表面上色的能力。在當(dāng)前的行業(yè)中都具有廣闊的使用前景，同時(shí) ABS 也是 FDM 中最為普遍的使用材質(zhì)，在以 ABS 為主要材質(zhì)的熔融式3D打印流程中，所生產(chǎn)出的零件產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定且硬度高、韌性好，不過(guò)由于 ABS 材質(zhì)存在著很大的熱收縮性能，使得最終的零件成品出現(xiàn)了變化，表面會(huì)出現(xiàn)上翹，并且還會(huì)有異味散出。

6.2 光敏樹(shù)脂

為了更好地使光敏樹(shù)脂達(dá)到充分凝固的狀態(tài)，保證最后的零部件產(chǎn)出可以保證其良品率，因此采用光敏樹(shù)脂制造零部件，需要采用精度很高的熔融式3D打印設(shè)備。目前世界上各個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家都在研究怎樣將PC 真正應(yīng)用到商業(yè)用途，但因?yàn)槟壳翱刹捎玫娜廴? 式3D打印材料過(guò)少，酸酐、PUA、乙烯基酯 PC 樹(shù)脂材料三者里面，酸酐粘度適中，特別利于熔融式3D打印成形。

7、熔融式3D打印技術(shù)的應(yīng)用

熔融沉積式塑型的3D打印機(jī)加熱時(shí)噴嘴將是受到由電腦進(jìn)行溫度控制的，而其所打印的材質(zhì)主要是為絲狀的熱塑性高分子，原料將會(huì)被由一個(gè)牽引輪的裝置所直接的送入噴嘴，在進(jìn)行升溫以及軟化并且熔化之后，由噴嘴所擠出來(lái)的粘結(jié)一直到達(dá)了工作臺(tái) 表面，接著就在上面快速的進(jìn)行了冷卻以及固化，當(dāng)每一層的截面完成之后工作狀態(tài)就將在上面下降一層的位置上，然后再在下面繼續(xù)下一層的造型，如此進(jìn)行了多次，一直到最后實(shí)現(xiàn)了整個(gè)實(shí)體的造型，并且每一層的厚度要根據(jù)由噴嘴所擠出絲的孔徑多少 來(lái)進(jìn)行確定的。

8、熔融式3D打印技術(shù)對(duì)于零部件制造的優(yōu)勢(shì)

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，熔融式3D打印技術(shù)也逐漸在零部件制造過(guò)程中起到了非常大的作用，相對(duì)于傳統(tǒng)的零部件制造工藝有著十分明顯的優(yōu)勢(shì)。

8.1 節(jié)約零部件制造周期時(shí)間

熔融式3D打印技術(shù)的使用能夠在極大程度上縮短了零件生產(chǎn)的周期時(shí)間，因?yàn)槿廴谑?D打印技術(shù)能夠?qū)⒁酝鶄鹘y(tǒng)的零件設(shè)計(jì)中從生產(chǎn)到制作的整個(gè)流程，統(tǒng)一縮略為電腦中的三維設(shè)計(jì)模式，從而取消了傳統(tǒng)零件生產(chǎn)流程中的人工設(shè)計(jì)、調(diào)整加工等各 種繁瑣的程序。同時(shí)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)能夠?qū)α慵a(chǎn)工藝進(jìn)程做出更有效的調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)零件制造的智能化、精密化、高效化，從而充分提升了我國(guó)零件的生產(chǎn)效益。

8.2 降低零部件制造成本

相對(duì)于傳統(tǒng)的零部件制造工藝來(lái)說(shuō)，熔融式3D打印技術(shù)可以很大程度上降低制造成本，幫助企業(yè)達(dá)到利益最大化。雖然由于技術(shù)水平等因素的限制，目前熔融式3D打印技術(shù)仍需要一些特殊的金屬原材料和特殊的打印設(shè)備，會(huì)導(dǎo)致最終生產(chǎn)的零部件制造 成本較高，對(duì)于個(gè)別特殊的零部件也無(wú)法打印，但是與傳統(tǒng)的零部件制造投入的資金相比，仍具有較高的回報(bào)率。同時(shí)，由于傳統(tǒng)的零部件制造過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的廢品，而利用熔融式3D打印技術(shù)制造零部件，可以幫助技術(shù)人員靈活地使用各種打印方式，有效降 低了前期對(duì)零部件大量更改造成經(jīng)濟(jì)成本的損失。

8.3 提高更多可能性，加快零部件產(chǎn)品研發(fā)

熔融式3D打印技術(shù)可以在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行對(duì)三維物體模型的直接生成，可以有效降低因前期無(wú)法確定所制造的模具是否符合要求而造成的經(jīng)濟(jì)損失。隨著我國(guó)對(duì)熔融式3D打印技術(shù)的不斷重視以及資金的大量投入，使得我國(guó)適用于熔融式3D打印技術(shù)的原材料愈加豐富，熔融式3D打印機(jī)的功能也開(kāi)始變得越來(lái)越多，為我國(guó)各行各業(yè)的發(fā)展都提供了非常大的幫助。同時(shí)熔融式3D打印技術(shù)也可以幫助我國(guó)的零部件設(shè)計(jì)人員提供更便利的設(shè)計(jì)平臺(tái)，幫助設(shè)計(jì)人員對(duì)零部件不同部位的試用進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析，來(lái)研發(fā) 出更符合要求的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。

8.4 實(shí)現(xiàn)零部件定制化模式

利用熔融式3D打印技術(shù)不僅可以縮短零部件制造的生產(chǎn)周期，幫助企業(yè)達(dá)到利益的最大化，擺脫了傳統(tǒng)零部件制造工藝的高成本化、低效率化等缺點(diǎn)，使得企業(yè)可以打造出更多元化、個(gè)性化的零部件。熔融式3D打印技術(shù)定制化的特點(diǎn)可以為我國(guó)的航天、醫(yī)療、教育等行業(yè)提供更加定制化的零部件，來(lái)促進(jìn)我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展。實(shí)現(xiàn)零部件定制化模式可以生產(chǎn)出航天所需求的特殊零部件、專業(yè)的醫(yī)療零部件，還可以制造出定制的三維立體教學(xué)模型，滿足社會(huì)上各行各業(yè)定制化的生產(chǎn)需求。

9、結(jié)語(yǔ)

3D打印技術(shù)對(duì)于我國(guó)各行各業(yè)的發(fā)展都有著十分明顯的促進(jìn)作用，未來(lái)我國(guó)的3D打印技術(shù)更應(yīng)該不斷地去進(jìn)行創(chuàng)新、改造。3D打印技術(shù)有可能成為未來(lái)第三次工業(yè)革命的源頭，隨著各種新型的3D打印材料及設(shè)備的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也將越來(lái)越廣闊。

參考文獻(xiàn)

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