3D打印再制造目前存在問題與應(yīng)對措施分析

楊樂樂等

摘 要：文章著手于3D打印再制造技術(shù)的含義及流程，通過對這一技術(shù)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)研究，針對3D打印再制造目前存在的問題，給予幾點(diǎn)合理的應(yīng)對措施，以期為國內(nèi)3D打印再制造技術(shù)今后的實(shí)際應(yīng)用提供正確參考。

關(guān)鍵詞：3D打印再制造；技術(shù)問題；應(yīng)對措施

引言

3D打印作為一種節(jié)能環(huán)保、高效益的綠色先進(jìn)技術(shù)，在近年來已經(jīng)被國內(nèi)各個(gè)領(lǐng)域所廣泛應(yīng)用。但3D打印技術(shù)在我國的發(fā)展時(shí)間較短，這一技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用仍舊處于低端化與復(fù)雜化，無法做到高效清潔的生產(chǎn)運(yùn)作。因此，面對目前3D打印再制造中諸多存在的問題，尋找出切實(shí)有效的解決辦法才是研究者與從業(yè)人員最應(yīng)該關(guān)注的問題。

1 3D打印再制造的概況及操作流程

1.1 3D打印再制造的概況

3D打印技術(shù)的本質(zhì)是在計(jì)算機(jī)輔助下實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體的制造，其具體操作是通過對實(shí)體模型進(jìn)行簡單切片處理，然后將三維實(shí)體的制造轉(zhuǎn)換為二維層面的堆積，在沿成形方向進(jìn)行上不斷疊加，從而得出三維實(shí)體。由于3D打印具有不受零件復(fù)雜程度限制的優(yōu)勢，同時(shí)這一技術(shù)還能有效做到節(jié)能減材、高效清潔，因此在國內(nèi)受到廣泛的關(guān)注與應(yīng)用[1]。目前3D打印再制造技術(shù)受到了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注，美國通過對3D打印再制造技術(shù)的研究，成功實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的再制造作業(yè)，對其工業(yè)發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。而我國雖然在3D打印制造技術(shù)上進(jìn)行了長期的深入研究，但由于國內(nèi)3D打印再制造技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍舊處于初級(jí)階段，所以在再制造領(lǐng)域并未取得較好的成績，仍需要在這一領(lǐng)域進(jìn)行長時(shí)間的研究與探索。

1.2 3D打印再制造操作流程

3D打印再制造是利用打印技術(shù)對廢棄材料進(jìn)行回收性制造修復(fù)，在材料原有的性能上做到提升，使制造單位的使用壽命得以延長的一種先進(jìn)技術(shù)。其操作流程如下：直接在標(biāo)準(zhǔn)模型庫中調(diào)取零件模型，然后對模型進(jìn)行分層逐步的切片處理，最后通過打印制造將完整的三維工件制造出來。再制造修復(fù)模型是一個(gè)復(fù)雜的過程，期間需要通過反求工程獲取零件基本的數(shù)字模型，還需要通過建立數(shù)字模型與標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行對比，整個(gè)操作過程中對零件材料還有一定的要求，只有滿足這些要求才能保證目前3D打印再制造技術(shù)的準(zhǔn)確性與高效性[2]。

2 3D打印再制造目前存在的問題

2.1 3D打印再制造存在的技術(shù)問題

在目前國內(nèi)的3D打印再制造實(shí)際應(yīng)用過程中，由于3D打印技術(shù)本身還不夠成熟，導(dǎo)致其在國內(nèi)的應(yīng)用中，顯得過程復(fù)雜、效率低下，在實(shí)際應(yīng)用中往往無法起到預(yù)期效果。再制造模型的獲取過程中，對于損傷的零件進(jìn)行重新構(gòu)造是一種逆向推理的工程問題，在修復(fù)過程中，需要通過CAD應(yīng)用建立損傷零件正確的模型結(jié)構(gòu)，通過數(shù)據(jù)處理來對所建立模型進(jìn)行正確改善。在目前的3D打印再制造實(shí)際應(yīng)用中，需要通過至少三方的軟件才能有效的獲取再制造模型。同時(shí)，在數(shù)據(jù)及模型結(jié)構(gòu)上的處理全部是通過人工操作來完成，曲面模型的構(gòu)建也是憑借操作人員的操作經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行判斷，直接導(dǎo)致3D打印再制造的整體水平大大下降。

2.2 3D打印再制造存在的設(shè)備問題

在3D打印再制造的工作過程中，其對于損傷零件進(jìn)行掃描的數(shù)字模型獲取反求掃描設(shè)備，因該設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、便攜性差、同時(shí)在生產(chǎn)過程中依賴電源，導(dǎo)致了這種設(shè)備在條件不滿足的情況下就無法進(jìn)行有效制造生產(chǎn)。這極大地抑制了3D打印再制造技術(shù)的發(fā)展。3D打印激光設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)龐大，在實(shí)際應(yīng)用過程中往往存在著諸多不便。這種設(shè)備對精密零件損壞部位進(jìn)行恢復(fù)加工的過程中，無法實(shí)現(xiàn)損傷零件模型的快速反求和快速在制造修復(fù)，同時(shí)這種設(shè)備也不具有便攜性。因此，3D打印再制造設(shè)備自身缺陷，將在很長一段時(shí)間內(nèi)成為3D打印技術(shù)發(fā)展的阻礙。

3 應(yīng)對措施

針對國內(nèi)3D打印再制造技術(shù)發(fā)展中存在的問題，為保障3D打印再制造技術(shù)在我國更加穩(wěn)定有效的發(fā)展與應(yīng)用，有關(guān)工作人員需要對目前國內(nèi)3D打印再制造技術(shù)中存在的問題進(jìn)行深入思考，分析出行之有效的解決措施[3]。

3.1 技術(shù)上的創(chuàng)新

（1）針對國內(nèi)損傷零件修復(fù)的特點(diǎn)，在目前3D打印再制造設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行革新，開發(fā)專用的高自動(dòng)化程度3D打印再制造設(shè)備，例如，開發(fā)點(diǎn)云數(shù)據(jù)、曲面模型構(gòu)建、自動(dòng)化處理模塊等。國外在3D打印再制造領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)上已經(jīng)取得了較好的成績，Delcam集成系統(tǒng)有限公司與Geomagic軟件公司已經(jīng)成功設(shè)計(jì)的軟件PowerShape PRO，可以使得再制造模型更快的獲取軟件系統(tǒng)集成度，極大地改善3D打印設(shè)備的工作效率。（2）針對國內(nèi)3D打印再制造的現(xiàn)狀，在技術(shù)革新的基礎(chǔ)上，有效參照國外先進(jìn)的3D打印技術(shù)，可以幫助國內(nèi)3D打印再制造建立更加完善的技術(shù)創(chuàng)新構(gòu)造。目前，美國軍方所研發(fā)的一款全新形式的便攜式3D打印機(jī)成為了美國軍方野外訓(xùn)練的必備儀器之一，這種新式的3D打印設(shè)備，體積小、價(jià)格低、重量輕，真正實(shí)現(xiàn)了對傳統(tǒng)3D打印再制造設(shè)備的有效革新，改變了以往這種設(shè)備難以運(yùn)輸攜帶的狀況，為3D打印再制造設(shè)備開創(chuàng)了嶄新的未來。針對這一情況，我國在3D打印設(shè)備的研究上，可以有效的參照和借鑒這一先進(jìn)的技術(shù)革新理念，為我國3D打印技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造更加廣闊的未來。因此，在設(shè)備技術(shù)上進(jìn)行革新，成為當(dāng)下解決3D打印技術(shù)中存在問題的一種行之有效的措施。

3.2 設(shè)備研發(fā)理念上的創(chuàng)新

以往的3D打印再制造設(shè)備僅僅局限于單一的激光打印，在設(shè)備的研發(fā)理念上顯得毫無創(chuàng)新意識(shí)，直接導(dǎo)致了當(dāng)下3D打印技術(shù)存在種種問題，例如價(jià)格昂貴、便攜性差、成形穩(wěn)定性差等。因此，在設(shè)備研發(fā)理念上的創(chuàng)新，正是目前行業(yè)內(nèi)急需進(jìn)行思考與改善的因素[4]?；趥鹘y(tǒng)的激光3D打印再制造技術(shù)，在其他領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新性研究。目前，我國裝備研究實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成功研發(fā)出了基于焊接的新型3D打印再制造修復(fù)技術(shù)，雖然這種技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中相比激光技術(shù)，其精度較低、成形穩(wěn)定性較差，但作為我國在3D打印設(shè)備研發(fā)理念上的創(chuàng)新，這次實(shí)驗(yàn)為我國今后的3D打印再制造技術(shù)提供了正確的研究方向。

3.3 設(shè)備使用材料上的創(chuàng)新

通過對傳統(tǒng)3D打印再制造技術(shù)進(jìn)行探究，可以發(fā)現(xiàn)，隨著我國3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，對3D打印材料的市場需求也在逐年不斷增長，常規(guī)的3D打印材料也已經(jīng)無法滿足市場的需要。據(jù)報(bào)道，在2012年8月的高端論壇激光燒結(jié)裝備發(fā)布會(huì)上，華曙高科與全球知名激光燒結(jié)粉末材料銷售商Link公司在激光燒結(jié)材料這一項(xiàng)目中簽訂了合作協(xié)議，以期開發(fā)出高性能激光燒結(jié)粉末材料。由此可見，隨著3D打印再制造技術(shù)的不斷發(fā)展，在3D打印技術(shù)不斷創(chuàng)新的今天，只有在3D打印材料上進(jìn)行創(chuàng)新才能真正滿足市場的需求，為3D打印再制造技術(shù)的發(fā)展提供充足的動(dòng)力。

4 結(jié)束語

綜上所述，3D打印再制造技術(shù)作為我國社會(huì)未來發(fā)展中必不可少的重要科學(xué)技術(shù)，在生活與工作中應(yīng)該被廣泛的推廣與普及，相關(guān)從業(yè)人員與研究人員應(yīng)該更加全身心的投入到3D打印技術(shù)的完善與創(chuàng)新中去，以期通過更加完善更加合理的3D打印再制造技術(shù)，為社會(huì)未來的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉偉軍.快速成型技術(shù)及應(yīng)用[J].機(jī)械工業(yè)，2013，12（9）：23-24.

[2]馮濤，李志剛.3D打印技術(shù)的發(fā)展[J].激光技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，2012，23（7）：43-45.

[3]徐濱士，再制造工程與納米表面工程[J].金屬熱處理，2012，23（7）：83-85.

[4]徐杰.發(fā)展裝備再制造[J].裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，12（9）：53-54.

作者簡介：楊樂樂（1986-），男，河南省三門峽市人，工作單位：河南省黃河旋風(fēng)股份有限公司，職務(wù)：研究員，研究方向：機(jī)械制造。