机械领域专业中3D打印技术的应用探究与实验改革

摘  要：该文以大学生研究性学习和创新性实验计划项目为依托，对3D打印技术在机械制造领域的应用进行尝试和探索实验。选取在机械制造领域中常用的一些机加工零部件，进行3D打印制作，并在第五届湖南省大学生工程训练综合能力竞赛无碳小车项目中实际运用。通过探索和验证3D打印技术在机械制造领域中的应用前景及局限性，以推动其在机械制造领域中的应用，使之进一步与社会生产实际相结合，充分发挥其作用。

关键词：3D打印技术  机械制造领域  探索

中图分类号：TH16    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）07（b）-0058-02

1  3D打印在机械制造专业方面的应用与概述

自1983年第一台3D打印设备在美国问世以来，3D打印技术随着计算机技术兴起与材料技术的的日益完善得到飞速发展，在各个领域都显示了其巨大的发展潜能[1]。3D打印技术即“增材制造”，其实质就是将实体3维模型在3维仿真软件中通过纵向展开成2维的模型，然后再通过将有限个二维空间叠加，从而将原材料层层叠加，其工作台的升降受计算机软件自动控制，完成3D实体模型的建立，将零部件从无到有的制造出来。3D打印技术相比于传统制造工艺，具有很大的优势。传统制造工艺产品制作周期长，产品质量得不到有效的保证，对于复杂零部件，往往需要很多生产设备同时投入使用，使生产成本增加。运用3D打印技术，可以很大程度上降低企业加工成本，缩短产品加工周期，提高产品质量、零部件的精度等[2]。

在我国，3D打印技术处于起步阶段，它在机械制造方面所发挥的作用和带来的效益不是很明显。为了推动机械制造行业持续发展，借助于3D打印技术的优势，在机械制造领域中应用3D打印技术，对促进机械制造行业更好地发展有着不容忽视的作用[3]。

由于我国应用3D技术的时间比较短，不可避免地还存在一些问题，只有通过不断地进行应用尝试和探索实验，将3D打印技术的应用和实际情况结合在一起，逐步探索解决应用中的实际问题，才能充分发挥3D打印技术的作用，推动机械制造行业稳定的发展。

与此同时，3D打印技术在教育领域中的应用也能够为教学、学习和研究领域带来创新[4]。大学生创新是一个民族的灵魂，是社会发展的不竭动力，而制造业是国民经济的基础，是国家竞争力的重要体现，现代制造技术水平的高低已成为一个国家经济发展的主要标志。

该文以大学生研究性学习和创新性实验计划项目为依托，对3D打印技术在机械制造领域的应用进行尝试和探索实验。该项目拟选取在机械制造领域中常用的一些机加工零部件，进行分析测量、三维建模并3D打印制作，并应用到实际的学科竞赛当中，以此来探索和验证3D打印技术在机械制造领域中的应用前景及局限性，推动其在机械制造领域中的应用，使之进一步与社会生产实际相结合，充分发挥其作用。

2  3D打印在机械类专业教学及学科竞赛中的实际应用

项目组在第五届湖南省大学生工程训练综合能力竞赛无碳小车项目中便运用到了3D打印技术。为了减轻小车的重量、解决部分复杂零件难于加工等问题，我们对转向和传动部分的一些零件使用了3D打印，主要包括打印小车前动轴、连杆、转向架、前后轮、拨盘、从动轴架以及直线轴承架。这减轻了小车的重量，降低了加工难度，减少了制造成本。此次比赛，我们一共获得了3项湖南省大学生工程训练综合能力竞赛三等奖。

3D打印为我们在小车制造方面提供了很好的帮助，以往小车零部件都是经过网上采购，且都是统一标准的零部件，可能会与我们自己的设计有所冲突，而且市场上的某些零部件在传动精度上也达不到比赛要求。这就可能导致我们在市场上购买来的小车零部件会不符我们的要求，进而退货再另购，这样会极大延长我们的制作周期，缩短我们在小车性能方面改进的时间。有了3D打印技术，我们只需依靠Pro/E、SolidWorks等主流三维仿真软件，将小车零部件的3D模型在三维仿真软件中建立出来，然后再将模型文件输入打印機系统，结合计算机辅助技术就可以进行3D打印。3D模型是自己根据自己的设计来建立的，在后期小车性能改进时，只需根据自身的实际情况，对小车零部件的3D模型进行修改便可以了。相比于在市场上购买，在后期测试过程中，能节约很多的物流时间，从而为我们争取设计更优化的无碳小车提供了先决条件。对于3D打印机的使用，结合了三维仿真软件，提高了我们的专业认知能力，让我们对机械制造专业的理解并不仅仅局限于传统制造方式，而且还在一定程度上拓宽了我们的视野，明白了今后制造专业的主流方向。

3  3D打印在机械制造领域中其他方面的应用

过去一个产品的设计与研发，特别是对于一些较为复杂的零部件而言，往往需要用到很多的专用生产设备，如专用机床、专用夹具等。而且生产出来的产品还不一定能够满足市场的需求，这个过程得经过市场的检验，而检验一般需要花费很长时间。通过市场反馈对产品进行多次修改，最终才能大批量投入生产。这就意味着产品的生产周期会很长，不利于企业的竞争。3D打印技术在一定程度上还能增强零部件的稳定性，极大地优化产品加工过程，不依赖于传统机床设备，解放了生产条件，为企业节省下了更多的利润，让其在市场研发方面有更多的投入。3D打印还为制造业的升级提供了更为广阔的发展空间，在一些具有高度复杂结构零部件的生产上，传统制造工艺方法已经很难适应，这就迫使企业升级，以全面适应当今制造业的新环境。3D打印因其制造出来的产品精度高、能打印出复杂程度高且传统制造工艺很难制造出来的零件、产品生产周期短等优点，广泛适用于高精密产业。例如在汽车制造领域，在现代化汽车发展进程中，汽车产业不断升级，导致其部分零部件的复杂程度越来越高。用传统制造工艺手段已经很难适应新时代制造的要求，这时3D打印便发挥了其巨大优势。3D打印技术还在其他方面显示了其巨大的发展优势，例如航天航空领域、医疗健康领域等，未来3D技术可能在我们的生活中也会有很广泛的应用。

4  结语

对于3D打印技术在机械类专业及制造领域的应用前景和局限性，还需更多的探索、实验和改革，以推动其实践和应用，使之进一步与机械类专业的教学和社会生产实际相结合，充分发挥其作用。

参考文献

[1] 魏云虎.探讨3D打印技术在机械制造领域中的应用[J].时代农机，2017，44（2）：23，27.

[2] 扈恩同.3D打印技术在机械制造中的应用研究[J].世界有色金属，2018（1）：42-43.

[3] 薛宇航.3D打印对机械制造及自动化的影响[J].现代工业经济和信息化，2018，8（18）：55-56.

[4] 周达，黄彬彬.3D打印技术在高校创新创业教育中的应用[J].科技创新导报，2017，14（35）：243，245.