增材制造技術在汽車維修工具收納領域的應用

呂翱 柯曄偉

摘 要：增材制造技術的快速發(fā)展已在汽車領域得到了廣泛應用。文章在對增材制造技術原理、特點的分析基礎上，闡述了增材制造技術的常用成型工藝及其技術特點，重點對SLA增材制造技術應用于汽車維修收納工具的制造進行了探討，為汽車維修企業(yè)的發(fā)展提供了新思路。

關鍵詞：增材制造技術;汽車行業(yè);維修

Abstract： The rapid development of additive manufacturing technology has been widely used in automobiles. Based on the analysis of the principle and characteristics of additive manufacturing technology， this paper expounds the common forming process and technical characteristics of this technology， and focuses on the application of SLA additive manufacturing technology in the manufacturing of automobile maintenance storage tools， which provides a new idea for the development of Automobile maintenance enterprises.

前言

近年來，增材制造技術以其獨特的生產方式及制造工藝顛覆了傳統(tǒng)制造，應用范圍正不斷向多個行業(yè)擴展。汽車維修企業(yè)也開始考慮如何進一步充分發(fā)揮其優(yōu)勢特點，實現快速高效的售后服務質量，提高市場綜合競爭能力。

1 增材制造技術概述

1.1 增材制造技術原理

增材制造（Additive Manufacturing，AM）是一種基于離散堆積原理成型實體物品的新型制造方式?？v觀人類制造史，制造方式經歷了等材制造、減材制造和增材制造三個發(fā)展階段的變遷。其中，等材制造是指通過鑄、鍛、塑等方式生產制造物品，利用模具控形，材料重量基本不變;減材制造是通過使用車、銑、刨、磨等方式利用刀具對材料進行切削加工的批量化制造方式，去除毛坯中不需要的材料;增材制造利用液體、粉末、絲等離散材料，通過三維設計數據在設備上快速而精確地“自下而上”的材料累加制造出任意復雜形狀的零部件。

增材制造技術突破了傳統(tǒng)的制造工藝，將傳統(tǒng)的“減材”制造變?yōu)椤霸霾摹敝圃臁Ｔ谠砩?，增材制造實現了任意復雜形狀新產品物理原型的快速精確制造，即“設計-材料-制造”集成化發(fā)展;在技術上，把復雜的三維制造轉化為一系列二維輪廓的逐層疊加，無需借助任何刀具、模具及加工工藝流程，完全真實的復制出三維造型，降低了制造難度，解決了傳統(tǒng)制造領域復雜結構零件的成形問題，這不僅有利于零部件的制造及創(chuàng)新，還利于實現個性化的私人定制，具有生產方式簡單、生產效率高、集成化程度高、研制加工周期短、廢棄副產品少、自動化程度高、產品豐富多樣、實體復制精確等特點[1]。

1.2 增材制造技術分類

增材制造成型常用工藝主要分為三維立體打?。═hree Dimension Printing，3DP）、熔融沉積成形（Fused Deposition Modeling，FDM）、激光選區(qū)燒結（Selective Laser Sintering，SLS）、疊層實體制造技術（Laminated Object Manufacturing，LOM）、光固化成形（Stereo Lithography Apparatus，SLA）等成形工藝，增材制造技術工藝比較如表1所示[2]。

表1? 常用增材制造技術工藝比較

2 基于SLA的汽車維修收納工具制造

機修過程中，各類維修工具的有序擺放與整理是作業(yè)人員高效率、高質量完成維修作業(yè)的必要前提。如何完成種類繁多、形狀各異的維修工具收納，提高維修效率與質量，是一名合格機修人員必須思考的問題。本研究以基于SLA的活動扳手收納架制造為例，探討增材制造技術在汽車維修工具收納領域的應用。

SLA光固化成型技術是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的，這種液體材料在一定波長和強度紫外光的照射下能迅速由液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)。SLA光固化成型設備中液槽盛滿樹脂材料，激光束在偏轉鏡作用下掃描液態(tài)樹脂，液體按照掃描路徑被固化。作業(yè)初始，工作平臺在液面下某一深度，紫外光按照計算機指令逐點掃描液體表面;當一層掃描結束后，升降平臺下降某一高度，刮板在已成型的層面上又均勻涂滿一層液態(tài)樹脂并刮平，再進行下一層的掃描，新固化的一層將牢固粘在前一層上，直至完成整個三維實體模型的制造[3]。

SLA增材制造技術從數字模型到成形實體一般需要前處理、實體成型和后處理三個過程，具體工藝流程如圖1所示。

第一階段：前處理，包括三維模型構建、近似處理和切片處理三個部分。利用計算機輔助設計軟件繪制出產品三維模型，并導出為STL格式文件，如圖2所示。按照模型特征選擇合適加工方向，在成型高度方向上用一系列固定間隔的平面切割模型，提取截面的輪廓信息。

第二階段：實體成型，包括截面信息處理、加工粘結和堆積成型三個部分。SLA成型設備激光系統(tǒng)根據截面輪廓信息執(zhí)行掃描運動，在工作臺上依次逐層掃描固化各層材料，并通過粘結固化，得到成型件。

第三階段：后處理，包括去除支撐、表面清理和二次固化三個部分。取下成型零件，用酒精洗滌模型表面殘余樹脂、軟化支撐結構，剝離支撐后再次清洗并置于紫外烘箱中二次固化，處理后的模型如圖3所示。

模型制造完成后，裝入各型號活動扳手，可滿足實際使用要求，如圖4所示。

3 結束語

本文以活動扳手收納架制造為例，闡述了增材制造技術原理及其分類，探討了基于SLA增材制造技術的成型步驟。結果表明，SLA增材制造技術成型的汽車維修收納工具可滿足實際使用需求，這勢必將有效簡化供應鏈、節(jié)約存儲空間、降低維修成本、提高企業(yè)工作效率、創(chuàng)新工作方式，以此促進維修企業(yè)長遠穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻

[1] 董潔，龍玲，殷國富.增材制造技術在汽車行業(yè)的應用研究[J].機械，2019，46（02）：41-45.

[2] Jiang R，Kleer R，Piller F T. Predicting the future of additive manu -facturing： A Delphi study on economic and societal implications of 3D printing for 2030[J].Technological Forecasting&Social Change， 2017，117：84-97.

[3] 潘海文，韓亞東.光固化成形工藝的發(fā)展及應用[J].蘇州市職業(yè)大學學報，2018，29（01）：32-34.