3D打印技術(shù)在播種機(jī)風(fēng)嘴制造中的應(yīng)用

蔡聰藝

（漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械與自動化工程系，福建 漳州 3 63000）

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3D打印技術(shù)在播種機(jī)風(fēng)嘴制造中的應(yīng)用

蔡聰藝

（漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械與自動化工程系，福建 漳州 3 63000）

摘 要：介紹了3D打印技術(shù)的成形原理，并應(yīng)用該技術(shù)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，難制造的播種機(jī)風(fēng)嘴零件的打印。通過實驗對比，用3D打印技術(shù)制造的風(fēng)嘴零件，加工成本低，制造時間短，滿足使用的技術(shù)要求，解決了依靠傳統(tǒng)加工風(fēng)嘴零件產(chǎn)生曲面加工精度不高的難題。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；播種機(jī)風(fēng)嘴；制造

3D打印技術(shù)起源于20世紀(jì)80年代，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，現(xiàn)已成為最具發(fā)展?jié)摿Φ脑霾闹圃旒夹g(shù)。它具有加工便捷靈活，制造成本低，產(chǎn)品加工精度高等優(yōu)點。播種機(jī)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，它能大大的減輕人類勞動強(qiáng)度，是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機(jī)械中的重要設(shè)備之一。風(fēng)嘴是播種機(jī)的重要組成部分，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。以往的風(fēng)嘴制造要首先畫出其二維圖，并作出相應(yīng)的尺寸、規(guī)格等標(biāo)識。同時，還要借助精密鑄鋁進(jìn)行加工，不僅成本高，工序也相對繁瑣，其中風(fēng)嘴曲面精度的把握最為困難。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，市場的需求也越來越多元化。這使得傳統(tǒng)的高成本的制造已經(jīng)很難適應(yīng)市場要求。因此，研究3D打印技術(shù)應(yīng)用于播種機(jī)風(fēng)嘴的制造具有較高的應(yīng)用價值。

1　播種機(jī)風(fēng)嘴的結(jié)構(gòu)特征

播種機(jī)作為重要的農(nóng)業(yè)機(jī)械，其加工制造必須科學(xué)把握好精度，其中風(fēng)嘴的尺寸與形狀設(shè)計精度關(guān)系到播種機(jī)的精密性，影響其使用功能的發(fā)揮。實驗得出，圖1所示的柵欄式出風(fēng)口的風(fēng)嘴為最合理選擇，因為這種結(jié)構(gòu)的內(nèi)滑道能使軸向風(fēng)速均勻分布，從而提高播種質(zhì)量。但這種結(jié)構(gòu)的風(fēng)嘴，其內(nèi)滑道的曲面精度要求較高，現(xiàn)有的制造方法是先采用精密鑄鋁鑄造出毛坯，然后進(jìn)行深加工，最后依靠手工方式精修曲面。這種制造方法不僅成本高，工序也相對繁瑣，制造周期長，且曲面精度較難控制。由此應(yīng)用3D打印技術(shù)，借助高性能的3D打印機(jī)制造這種結(jié)構(gòu)的風(fēng)嘴，有效提高工作效率，減少制造工藝流程，制造成本低。

2　風(fēng)嘴建模與3D打印實體

2.1成形原理

3D打印技術(shù)屬于增材制造方法，制造過程為：通過三維軟件對打印實體進(jìn)行建模，然后把實體模型導(dǎo)入到3D打印工藝設(shè)置環(huán)境中，將需要加工制造的產(chǎn)品的三維模型進(jìn)行切割分層，形成多級平面，采用逐層加工、層疊深入、逐漸形成的方式，打印形成一個三維的實體模型，由于成形方式的差異性，3D打印機(jī)的具體運行原理也有所差異，具體有兩大類：三維成形原理，熔融固化技術(shù)原理。整個的實物加工與打印過程都依賴于數(shù)字技術(shù)，無需特殊的工具，也省去了機(jī)械加工人員的人力投入，整個實物加工與打印的過程朝著現(xiàn)代化、智能化方向發(fā)展，而且實現(xiàn)了設(shè)計與加工生產(chǎn)的同步進(jìn)行，有效提高了工作效率，減少了制造工藝流程，體現(xiàn)高效化優(yōu)勢。同時，依賴于3D技術(shù)的實體加工，更加便捷靈活，可以根據(jù)用戶的具體需求、設(shè)計者的想象等來靈活加工，有利于提供個性化的服務(wù)。

2.2實體建模

通過CAD/CAM軟件，根據(jù)圖1所示的二維圖，創(chuàng)建出圖2所示的實體模型，并依靠軟件系統(tǒng)的接口模塊，再對該實體模型進(jìn)行格式轉(zhuǎn)化，使之成為3D打印的STL格式模型。

圖1　播種機(jī)風(fēng)嘴結(jié)構(gòu)圖

圖2 風(fēng)嘴的實體模型

2.3打印參數(shù)設(shè)置

將準(zhǔn)備好的風(fēng)嘴實體模型的STL文件數(shù)據(jù)，輸入到打印機(jī)的UP控制系統(tǒng)中。在對3D打印形成預(yù)覽時，通過找點校準(zhǔn)的方法設(shè)置了打印噴頭高度為 207.58mm，噴頭高度的調(diào)節(jié)能保證打印過程實現(xiàn)每一層的精確打印。設(shè)置圖3所示打印參數(shù)，因為播種機(jī)風(fēng)嘴屬于高精密零件，實際的加工制作過程中，為了確保風(fēng)嘴內(nèi)滑道的曲面精度和質(zhì)量，所以對打印的厚度設(shè)置在0.15～0.25mm，這樣能保證所打印出來的精確度，并借助填充數(shù)據(jù)菜單，來逐漸形成填充路徑優(yōu)化風(fēng)嘴加工質(zhì)量。各項參數(shù)、編輯工作結(jié)束后，則開啟實體加工過程，借助控制軟件的自動化加工生產(chǎn)功能來執(zhí)行這一操作。點擊“確定”按鈕，控制軟件將自動計算需要加工的層數(shù)，同時讀取對應(yīng)的路徑文件，這樣打印機(jī)的UP BOX系統(tǒng)就能夠依托于控制軟件開始加工，經(jīng)過3個小時的工作完成風(fēng)嘴實體打印。

圖3　打印參數(shù)設(shè)置

3　實驗結(jié)果評價

在3D打印技術(shù)的支持下，最終打印出的風(fēng)嘴零件，經(jīng)檢測其成形后精度能達(dá)到0.2。同以往的人工加工風(fēng)嘴相比，精密度更高。將3D打印加工的風(fēng)嘴零件安裝到播種機(jī)上，選擇玉米種子作為種植試材，根據(jù)工作要求在0.7kPa到2.0kPa選擇不同吹氣壓力，采用JPS-12號播種機(jī)性能監(jiān)測儀，進(jìn)行播種性能檢定，試驗結(jié)果如下表1所示。

表1　手工制作風(fēng)嘴與3D打印風(fēng)嘴播種質(zhì)量對比

通過對播種的合格指數(shù)、重播指數(shù)、漏播指數(shù)、變異指數(shù)等主要指數(shù)對比得出：在不同的吹氣壓力下，3D打印的風(fēng)嘴的播種主要指數(shù)均優(yōu)于手工制造，且隨著吹氣壓力的增大，利用3D打印風(fēng)嘴合格指數(shù)提高，重播指數(shù)明顯減少，漏播也相對減少。因此可以看出用3D打印風(fēng)嘴的綜合質(zhì)量明顯高于手工制作風(fēng)嘴，3D打印技術(shù)能夠有效提高風(fēng)嘴的加工精度，改善播種質(zhì)量。

此外，對實驗進(jìn)行深入分析得出，3D打印技術(shù)具有更為優(yōu)勢的功能，主要體現(xiàn)在：農(nóng)業(yè)機(jī)械的加工制作時間得到了控制，僅為傳統(tǒng)工藝時間的10%～20%，而且3D技術(shù)具有成本低，精度高優(yōu)點，能夠完全根據(jù)客觀的模具形狀需求加工打印出各種所需的形狀，提供了有效的技術(shù)支持，推動農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的更新?lián)Q代，提高設(shè)計精度，發(fā)揮農(nóng)機(jī)設(shè)備的優(yōu)勢功能和作用。

4　結(jié)束語

傳統(tǒng)機(jī)械部件加工中，遇到結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高精度的機(jī)械部件，常常面臨著技術(shù)難題，成本投入較大，最終加工形成的產(chǎn)品，精度與質(zhì)量也難以保證。其中涉及到的模具也要增加成本投入，對于特殊的高精度部件，所需模具的數(shù)量和精度會有更高的要求，這無疑增加了成本與技術(shù)難度。3D打印技術(shù)的應(yīng)用則有效化解了技術(shù)與成本方面的難題，無論所要加工的機(jī)械部件形狀多復(fù)雜，都能依賴于其高強(qiáng)度的低成本、高精度打印技術(shù)特點，最后形成所需的機(jī)械零部件，有效控制了成本和工序。借助3D打印技術(shù)則能夠有效解決這一難題，既提高了生產(chǎn)效率，控制了生產(chǎn)成本，也帶來了潛在的經(jīng)濟(jì)效益。

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（責(zé)任編輯：季 平）

3D printing technology in the manufacture of air nozzles Planter

CAI Cong-yi
(Department of Mechanical and Automation Engineering, Zhangzhou Institute of Technology, Zhangzhou 363000, China)

Abstract:It introduces the principle of forming 3D printing technology and application of the technology realization of complex structure, high precision. Difficult to manufacture printing planter nozzle parts. Through experimental comparison, Using 3D printing technology to produce the parts of nozzle , low cost, manufacturing time is short, Meet the technical requirements for use, Rely on to solve the problems of traditional processing nozzle parts produce high precision surface machining .

Key words:3D printing technology; nozzle Planter; manufacture

中圖分類號：TP39

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號:1673-1417（2016）02-0001-04

doi:10.13908/j.cnki.issn1673-1417.2016.02.0001

收稿日期：2016－03－10

作者簡介：蔡聰藝(1985—)，男，福建漳州人，助教，碩士，研究方向：機(jī)械設(shè)計與制造。