3D打印技術(shù)及其對機械制造及自動化的影響

葛修霞，廖映華

（四川輕化工大學(xué)，四川 自貢 643000）

1 引言

科技的不斷發(fā)展促進了技術(shù)的整體化進步，而且在各個領(lǐng)域中科技的利用越來越廣泛。3D打印技術(shù)主要依賴于軟件設(shè)計程序，該程序使用數(shù)字和互聯(lián)網(wǎng)工具實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，并根據(jù)本地生產(chǎn)方法完成生產(chǎn)和制造工作，減少產(chǎn)品的生產(chǎn)損耗，借此進一步提高整體效率，避免成本浪費問題。3D打印技術(shù)涉及多學(xué)科知識，通過應(yīng)用3D打印技術(shù)不僅可以更好地利用材料，有效減少浪費問題，而且能夠按照實際要求生產(chǎn)產(chǎn)品，滿足客戶的實際需求，幫助企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展?，F(xiàn)階段，機械制造及其自動化仍有很大的提升空間，應(yīng)用3D打印技術(shù)可以在一定程度上提高其發(fā)展水平和生產(chǎn)效率，在傳統(tǒng)機械制造中發(fā)揮非常重要的作用。因此，在這樣的背景下，對于有關(guān)問題的討論成為當前的焦點。

2 3D打印技術(shù)概述

3D打印技術(shù)是科技發(fā)展的產(chǎn)物，其主要原理是通過數(shù)字打印機進行物品制造。打印技術(shù)由來已久，在目前社會上使用的一般打印技術(shù)，如紙質(zhì)材料、彩色橫幅的打印等，都只是平面打印[1]。3D打印技術(shù)是在基礎(chǔ)打印的基礎(chǔ)上，融合數(shù)字打印技術(shù)形成的，因此，利用該技術(shù)打印出來的物體具有立體結(jié)構(gòu)域。3D打印技術(shù)主要是在計算機中形成打印對象的模型，然后對原材料進行處理，再使用噴嘴將原材料噴在模型上，完成基礎(chǔ)打印，按照這種工作原理多次重復(fù)，最終形成立體的三維物品。由于其所具有的優(yōu)勢，3D打印技術(shù)可以有效地應(yīng)用于模具制造、建筑工程等諸多領(lǐng)域。

3 3D打印技術(shù)為機械制造帶來的新變化

3.1 基于3D打印技術(shù)的個性化定制技術(shù)

從我國的實際發(fā)展來看，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，3D打印技術(shù)可以有效地推動機械制造和自動化生產(chǎn)的快速發(fā)展。3D打印技術(shù)的使用進一步實現(xiàn)了客戶的特定制造目標。傳統(tǒng)的機械制造技術(shù)受環(huán)境和市場經(jīng)濟成本的影響，生產(chǎn)的產(chǎn)品比較大眾化，產(chǎn)品只能滿足大多數(shù)人的需求，無法滿足用戶的個性化要求。在使用3D打印技術(shù)后，機械生產(chǎn)過程可以從消費者的實際情況出發(fā)，滿足個性化生產(chǎn)的要求，使企業(yè)在市場上具有更強的競爭力，幫助企業(yè)在市場上占據(jù)更有利的地位，使企業(yè)通過滿足個性化生產(chǎn)的要求，在市場上占據(jù)更大的份額，為企業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展提供動力。

3.2 基于3D打印技術(shù)的智能生產(chǎn)技術(shù)

從當前機械制造行業(yè)的實際情況來看，機械自動化生產(chǎn)已經(jīng)進入智能化時代，人工智能在各個行業(yè)的運用都起到了一定的推動作用，無論是工作效率還是工作質(zhì)量，都取得了顯著的提升。因此，推動機械制造業(yè)的智能化發(fā)展已成為當前發(fā)展的重點，而3D打印技術(shù)的使用成為其發(fā)展的重要優(yōu)勢。3D打印技術(shù)的使用可以使機械制造更加靈活，利用計算機軟件制作三維模型和圖紙，以這種方式建?？梢愿玫爻尸F(xiàn)產(chǎn)品的整體情況。對于結(jié)構(gòu)和功能要求較高的產(chǎn)品，相關(guān)人員可以先使用尖端設(shè)備和人工智能技術(shù)進行模型設(shè)計工作，再使用3D 打印設(shè)備進行生產(chǎn)，這樣可以保證產(chǎn)品符合實際要求，降低問題的發(fā)生概率，減少人因失誤帶來的不利影響，為整個生產(chǎn)過程提供保障。借助智能化的生產(chǎn)模式，可以高度還原產(chǎn)品的設(shè)計特征，利用3D打印技術(shù)可以進一步實現(xiàn)產(chǎn)品模型設(shè)計的實物開發(fā)?；?D打印技術(shù)的生產(chǎn)工作本身就屬于一種科學(xué)有效的機械自動化生產(chǎn)模式，在智能化方面效果突出，能夠有效滿足生產(chǎn)的實際要求，對于后續(xù)的開發(fā)和優(yōu)化具有非常積極的意義，能夠有效提高其整體智能化水平。

3.3 基于3D打印技術(shù)的生態(tài)環(huán)保技術(shù)

從傳統(tǒng)機械制造業(yè)來看，在實際生產(chǎn)中如果環(huán)保工作不到位，極易產(chǎn)生大量的污染物，而且這一污染問題很難避免。雖然現(xiàn)階段相關(guān)企業(yè)已經(jīng)采用了各種環(huán)保技術(shù)來控制污染，但無法達到無害化的生產(chǎn)效果。因此，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式與當前的生態(tài)生產(chǎn)理念之間存在著很大的矛盾。在此背景下，機械制造業(yè)在實際發(fā)展中受到了很大程度的限制，無法滿足實際生產(chǎn)要求，并且需要采取更有效的方式調(diào)整其整體生產(chǎn)環(huán)節(jié)。采用3D打印技術(shù)可以有效地滿足生態(tài)環(huán)保的要求。3D 打印設(shè)備一般采用計算機進行數(shù)字建模，然后進行實際生產(chǎn)[2]，這種生產(chǎn)模式強調(diào)一體化一次生產(chǎn)成型，沒有煩瑣的生產(chǎn)加工步驟，產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)過程更加方便、靈活且環(huán)保。在打印生產(chǎn)的過程中，可以有效減少材料的浪費，保證材料的有效利用，因此，這是一種非常環(huán)保的生產(chǎn)方式，可以對行業(yè)可持續(xù)發(fā)展起到積極的推動作用。

4 3D打印技術(shù)對機械制造及自動化的影響

4.1 影響機械制造及自動化的行業(yè)格局

3D打印技術(shù)在機械制造及自動化生產(chǎn)中的運用具有非常明顯的優(yōu)勢，通過應(yīng)用該技術(shù)，可以先根據(jù)計算機設(shè)置的數(shù)據(jù)生成相應(yīng)的物體，然后通過打印機直接打印模型，無需工作人員的手動操作，可直接完成制造任務(wù)，進一步提高了生產(chǎn)效率，有效地降低了生產(chǎn)成本。從實際情況來看，在機械制造行業(yè)，3D打印技術(shù)的應(yīng)用可以有效地改造傳統(tǒng)模式，使機械制造行業(yè)的生產(chǎn)工作不同于傳統(tǒng)的分散模式，可以減少區(qū)域壟斷的問題。通過這種方式，零部件供應(yīng)商可以進行信息傳遞，從而有效優(yōu)化產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈，進而助力行業(yè)格局的調(diào)整。從傳統(tǒng)機械制造業(yè)來看，其是一個勞動力密集型、機器密集型的行業(yè)，在使用3D打印技術(shù)后，這種傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法將逐漸被淘汰，這證明3D打印技術(shù)可以有效地改變傳統(tǒng)機械制造業(yè)的生產(chǎn)格局。

4.2 影響機械制造及自動化的技術(shù)研發(fā)

利用3D打印技術(shù)可以打印三維立體的模型，制作成本相對較低，因此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)進一步強化對3D打印技術(shù)的研究。借助該技術(shù)，可以有效推進機械制造一體化建設(shè)及其自動化發(fā)展，使這一行業(yè)的技術(shù)研發(fā)工作得到有效優(yōu)化[3]。良好的技術(shù)在開發(fā)與利用之中，與工作人員的素養(yǎng)和設(shè)備的支持有非常緊密的關(guān)系。因此，在3D打印技術(shù)的不斷研發(fā)和改進中，將帶動機械制造和自動化技術(shù)的研究和變革。對此，需要將3D打印技術(shù)的研究與機械制造、自動化生產(chǎn)技術(shù)有效地結(jié)合起來，使技術(shù)之間形成更緊密的關(guān)系，促進其共同發(fā)展。

4.3 影響機械制造及自動化的生產(chǎn)效率

3D打印技術(shù)的使用改變了機械制造和自動化的生產(chǎn)效率。事實上，雖然我國人口眾多，企業(yè)在生產(chǎn)制造方面具有人力資源的優(yōu)勢，但人力成本投入過多，也會增加企業(yè)成本，浪費人力資源，難以有效提高整體生產(chǎn)效率。在使用3D打印技術(shù)后，可以改變機械制造和自動化生產(chǎn)的現(xiàn)狀，使其不受人力成本等相關(guān)問題的影響。通過將機械制造及自動化生產(chǎn)與3D打印技術(shù)相結(jié)合，可以進一步減少人力資源的消耗，利用機器生產(chǎn)代替手工勞動，而且自動化生產(chǎn)技術(shù)可以縮短生產(chǎn)所需的時間，用更少的時間和更低的人工成本，進一步提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，這對企業(yè)的長遠發(fā)展具有重要意義。

4.4 影響機械制造及自動化的人力配置

在過去的一段時間，勞動力資源一直是我國制造業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，正因如此，我國吸引了大量的跨國企業(yè)，使得機械制造業(yè)取得了快速的發(fā)展和進步。但是，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機械制造和自動化的未來發(fā)展更加依賴于信息化和智能化技術(shù)，對單純的體力勞動的需求顯著降低[4]。從目前機械制造業(yè)的實際情況來看，相關(guān)企業(yè)對技術(shù)型人才的需求明顯增加，在此背景下，從事簡單加工工作的勞動力資源極易面臨失業(yè)的問題。在我國的長期建設(shè)中，由于對技術(shù)人才的重視不足，為機械制造業(yè)的發(fā)展造成了一定程度的制約，而3D打印技術(shù)的使用促進了機械制造業(yè)的發(fā)展和自動化技術(shù)的進步，有效地優(yōu)化了工藝流程并避免了生產(chǎn)工作受到內(nèi)外部相關(guān)因素的影響，在數(shù)字化生產(chǎn)的背景下，可以進一步改善機械生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的人力資源配置情況，減少傳統(tǒng)制造中對流水線作業(yè)的需求。

5 3D打印技術(shù)在機械制造及自動化中的應(yīng)用

5.1 3D打印技術(shù)在制造工藝中的應(yīng)用

首先，在3D打印技術(shù)的實際運用中，需要構(gòu)建一個三維模型，然后需要通過粉狀材料形成模型，并通過軟件系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計和數(shù)據(jù)調(diào)整，實時完成整個生產(chǎn)任務(wù)。完工后，對剩余的原材料進行清洗和收集，可用于后續(xù)的生產(chǎn)制造，進一步提高原材料的利用效果。其次，在3D 模型打印完成后，由計算機進行處理，然后傳輸?shù)?D 打印機。原料經(jīng)反復(fù)加工后可重復(fù)利用，能夠有效提高產(chǎn)業(yè)價值[5]。在應(yīng)用3D打印技術(shù)后，機械制造的效率和產(chǎn)值顯著提高，對機械制造及自動化技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展具有非常積極的影響。

5.2 3D打印技術(shù)在環(huán)保工藝中的應(yīng)用

應(yīng)用3D打印技術(shù)可以產(chǎn)生更少的浪費和減少業(yè)務(wù)的損失，有效節(jié)約生產(chǎn)資源，使機械制造業(yè)的經(jīng)濟特征更加顯著。在我國執(zhí)行環(huán)保戰(zhàn)略的過程中，通過提出節(jié)能降耗的要求，為工業(yè)改革提供了基礎(chǔ)動力，使機械制造業(yè)不斷優(yōu)化和改進工藝，加強技術(shù)創(chuàng)新，提高整體管理水平。在實際應(yīng)用3D打印技術(shù)后，產(chǎn)品材料實現(xiàn)了環(huán)?；瘧?yīng)用，并且通過使用這一技術(shù)，可以提高可持續(xù)發(fā)展水平，以此生產(chǎn)的產(chǎn)品對環(huán)境友好，從而使機械制造行業(yè)實現(xiàn)綠色化發(fā)展，逐步向環(huán)保、高效目標邁進。

5.3 3D打印技術(shù)在智能發(fā)展中的應(yīng)用

智能化發(fā)展是機械制造業(yè)的建設(shè)方向，利用3D打印技術(shù)，機械制造可以從傳統(tǒng)模式向智能模式不斷轉(zhuǎn)變，可以實時進行模型優(yōu)化和調(diào)整[6]。設(shè)計人員可以根據(jù)實際情況作出合理的設(shè)計選擇，使產(chǎn)品制作有更強的可選擇性。此外，在利用3D打印技術(shù)的過程中，可以有效利用智能技術(shù)對存在的問題和隱患進行分析并予以有效解決，從而實現(xiàn)機械制造的高效化、智能化發(fā)展，帶動機械制造行業(yè)整體結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化。

5.4 3D打印技術(shù)在科技研發(fā)中的應(yīng)用

機械制造企業(yè)只有運用科學(xué)的理念，各類前沿技術(shù)才能得到有效實施并發(fā)揮應(yīng)有的作用，從而進一步實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標。在3D打印技術(shù)的實際應(yīng)用中，可以增強機械制造自動化的科學(xué)性和有效性，為機械制造業(yè)的發(fā)展提供更大的幫助[7]。例如，在實際的產(chǎn)品設(shè)計工作中，可以利用3D打印技術(shù)體現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計的科學(xué)性，并進行升級測試，使產(chǎn)品設(shè)計具有更廣闊的改進空間，為產(chǎn)品賦予更高的價值，促進制造業(yè)的智能化、科學(xué)化發(fā)展，并通過科學(xué)思想的有效運用，為3D 打印產(chǎn)品的實際開發(fā)提供幫助，使其實現(xiàn)技術(shù)水平的進一步提升，借助3D打印技術(shù)擁有的高度個性化制作功能為產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)和制造提供便利。

5.5 3D打印技術(shù)在產(chǎn)品創(chuàng)新中的應(yīng)用

隨著機械制造和自動化的發(fā)展，社會生產(chǎn)力得到了極大的提高，傳統(tǒng)的機械制造方式已經(jīng)不能滿足當前的實際需要，因此，相關(guān)企業(yè)需要基于設(shè)計角度實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新，提升整體創(chuàng)新水平，促進機械制造行業(yè)的環(huán)保、節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展。在機械制造和自動化生產(chǎn)中，零部件的生產(chǎn)要求企業(yè)重視質(zhì)量、突破產(chǎn)量。因此，企業(yè)需要在設(shè)計理念上進行全面創(chuàng)新，運用智能化生產(chǎn)技術(shù)，做到生產(chǎn)保質(zhì)保量[8]?；?D打印技術(shù)的應(yīng)用，產(chǎn)品在設(shè)計上保證滿足多元化發(fā)展和環(huán)保要求，實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)展，達到節(jié)能降耗的整體效果，提高整體經(jīng)濟水平。通過利用先進工藝，3D打印技術(shù)可以得到有效的控制，解決生產(chǎn)過程中該技術(shù)本身存在的問題，進一步提升產(chǎn)品的價值。在這一過程中，可以有效地提高機械制造和自動化的發(fā)展水平，改變和創(chuàng)新原有的設(shè)計理念，確保產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)智能化、個性化發(fā)展。

6 結(jié)語

在經(jīng)濟快速發(fā)展的過程中，制造業(yè)取得了長足的進步，3D打印技術(shù)的運用在制造業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮了積極作用。3D打印技術(shù)的應(yīng)用不僅可以使機械制造業(yè)實現(xiàn)快速變革，促進其進一步實現(xiàn)自動化，提高產(chǎn)品生產(chǎn)的效率，還可以保護環(huán)境、減少浪費。我國制造業(yè)的實際情況表明，3D打印技術(shù)在提供機遇的同時，也帶來了更大的挑戰(zhàn)。從目前機械制造行業(yè)的實際情況來看，3D打印技術(shù)的實際應(yīng)用仍有很大的提升空間，需要不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝、完善管理流程、提高技術(shù)水平，進而保證3D打印技術(shù)在機械制造和自動化領(lǐng)域取得更好的效果。