肖文哲

摘 要：在科技的推動下，3D技術成為了人們生活中的常見技術。近些年3D技術憑借著出眾的性能，成功的進入到了服裝、醫(yī)療、工業(yè)、航空航天領域。自國家推出相關政策后，3D智能技術重要性得到了進一步的彰顯?，F本文將以3D技術零件創(chuàng)新設計為依據，分析其前景，希望能夠幫助有關人員了解這項技術，提高3D技術在機械零件設計中的有效性與價值。

關鍵詞：3D打印技術；機械零件；設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.032

0 前言

多年的發(fā)展讓3D技術成功的融入到了各行各業(yè)，其對傳統(tǒng)制造業(yè)的影響非常突出。傳統(tǒng)工業(yè)設計、加工非常麻煩，需要消耗大量的時間，如復雜內腔、空間曲面等等。傳統(tǒng)加工涉及到眾多的操作步驟，有著十分漫長的加工時間，故已經不再適用于現如今的生產工藝。對3D打印來說，其與傳統(tǒng)技術最大的區(qū)別便是復雜結構零件設計與生產優(yōu)勢非常突出。除此以外3D打印技術在免裝配制造中起到的作用也非常明顯，故得到了航天、軍工、汽車等領域的高度關注。漸漸成為了取代傳統(tǒng)技術的一種新型技術。

1 3D打印見解

1.1 定義與原理

3D打印技術也就是通過構建三維模型的方式，建模模型與切片處理，展開對生產產品的加工，用3D打印機創(chuàng)造生產產品。該技術又稱快速原型技術[1]。

3D打印技術原理為設計人員根據三維模型圖與切片軟件設計，在此過程中結合制造方向進行處理。利用此時得到的數據信息，噴涂粘結劑最后制成三維制件[2]。

1.2 基本分類與優(yōu)勢

因為加工材料本身有一定差異，且材料的形狀、質地完全不同。此外熱源也有著多樣的類別，3D打印技術有著眾多種類。目前比較常見的技術包括電子束熔化、三維噴涂粘結成型、激光選區(qū)熔化、光固化成型、激光近成型。

3D設計的優(yōu)勢在于材料有著很高的利用效率、模具與道具使用次數很少、有著極高的加工效率、設計自由方便、成型周期短、設計復雜度得到了有效控制。從如上的特點可以看出3D打印的優(yōu)勢非常突出，該技術效益高、成本低，且裝配流程比較簡化[3]。種種優(yōu)勢對于社會發(fā)展、經濟效益的積累來說意義重大。

2 機械零件設計注意事項

機械設計有著多種多樣的要求，為了滿足機械設計的要求，就必須重視零部件的科學化設計。該工作是設計工作的基礎與重要環(huán)節(jié)，必須在進度安排、材料選用、參數設定中予以落實，保障機械設計有效性、合理性。此外還要充分發(fā)揮機械零件應用優(yōu)勢。機械零件設計必須滿足污染低、安全性高、用時長、穩(wěn)定性好、維修方便、成本低的要求。所有設計都要互相影響、互相關聯，掌握機械設計要求，確保設計能夠有序進行。

3 3D打印機械零件設計方法

目前3D打印比較常用的控制算法為PID控制算法，PID是工業(yè)控制器中最常見的一種，使用ABS打印絲材。控制公式如下：

3.1 曲軸零件

軸套類零件主體結構為軸旋轉體，其軸向尺寸超出徑向尺寸。當然這種零件還有著扭矩傳遞作用。此類零件加工方法為切削加工，尺寸、形狀加工有著明確的規(guī)定與眾多的要求。所以這類零件大多為大批量生產。當然3D打印技術并不適用于批量生產，而是主要用于有高生產精度要求的個別零件。

軸類結構大多應用于發(fā)動機。軸類結構加工過程非常復雜，需要處理眾多的難點項目，不僅會浪費大量時間，同時也有著很高的處理成本。3D技術加工與制造軸類結構能夠有效提升軸類結構構件強度、成型準確度與剛度。在3D技術的支持下，曲軸功能的優(yōu)勢主要體現在：首先曲軸退刀槽、止推面結構得到了充分的優(yōu)化。其次平衡塊在3D設計的過程中，結構穩(wěn)定性得到了充分保障，平衡效果更易于達成設計要求。最后3D打印能夠完成油孔道結構的優(yōu)化，實現接口順利過渡，進而減少了油液外泄問題的發(fā)生幾率?？偨Y來說就是3D打印技術在曲軸設計中的應用，能夠賦予曲軸設計潤滑功能、連接功能、支撐功能。

對打印過程的分析可以得出，軸類結構生產實際上對于材料的要求是很高的，金屬材料的性能將會直接影響打印質量。所以在打印中必須選擇FDM型打印機，該類型打印機能夠充分保障打印質量，提高結構加工型。在打印過程中先轉換數據，也就是調整曲軸模型，重命名曲軸名稱，隨后用軟件測試其完整性，該過程能夠為模型的打印提供各種參數依據。隨后切片處理模型，導入模型，并設置好切片的參數與成型的方向，將數據轉化存儲到打印機當中。在實踐中得出，橫向成型相較于豎向成型，時間能夠節(jié)省多達10分鐘時間，但豎向成型卻比橫向成型節(jié)省0.6米材料。之后準備打印材料，根據設計的方向、情況進行打印。在此過程中需要做好打印精度的控制，優(yōu)化打印的效果。結束打印后檢驗成品、展示成品，觀察曲軸的結構與預期要求是否相同，保障3D打印合理性。

3.2 箱體類零件

箱體零件具體包括減速器箱體、泵體箱體、閥體箱體。當然箱體零件不管是外在形態(tài)還是內在結構都十分的復雜。普通人在日常生活中實際上很難碰到這類零件，該類零件大多用于密封與容納。

傳統(tǒng)加工中這類零件的制造對鑄造模式的要求比較突出。大批量生產過程中通常會選用金屬機器。不過因為金屬機器本身的精度會出現一定問題，進而導致質量無法滿足要求，所以在生產過程中如果出現一絲細微的誤差，一整批零件最終都會受到影響。3D打印技術制作的箱體零件不僅準確度高，同時也不會影響其他加工，實現了失敗率的有效控制、生產時間的有效控制，預防了裝夾問題的發(fā)生，減少了設備、人力、材料方面的損耗。

3.3 盤蓋類零件

這類零件大多用作箱體零件銜接，通常情況下，這類零件都是方形或是圓形的扁平狀結構。盤蓋類零件的功能包括堅固、軸向定位。設計過程中需要用3D打印技術優(yōu)化內部結構，提高盤改類零件美觀性與實用性。

3.4 叉架類零件

我們在平時的生活中經常能夠看到很多的叉架類零件，這類零件為不對稱樣式。這類零件除了同種零件外，其他形狀各不相同。比如搖臂、連桿、撥叉等。使用叉架類零件的目的是獲得更好的轉動效果與連接效果。

叉架類零件孔精度要求較高，會受到加工材料影響。加工過程中叉架類零件很容易發(fā)生變形問題，加工中需要使用各種各樣的夾具，浪費眾多時間。3D打印技術能夠改變這一問題，3D打印技術無需夾具，可以直接生產。且3D打印不用擔心裝夾帶來的誤差，導致零件作用無法得到最大化體現。

3.5 液壓閥塊

所謂的液壓閥塊又稱液壓元件，這種裝置的作用為控制管路壓力油流動，能夠讓機械動作更加流暢。液壓元件包括大量的液壓油氣孔道，對油液流動壓力、流量、方向而言都有控制作用。正因其有著如此多的作用，所以設計難度非常突出。使用傳統(tǒng)方式處理與制造時，流程非常復雜，難度比較巨大。加工中很多環(huán)節(jié)都有著較大的阻力與風險。只有做好了每一個環(huán)節(jié)的復雜度控制，才能夠最大化液壓閥塊優(yōu)勢。使用3D打印技術處理與加工液壓閥塊生產，可以靈活解決各種生產問題。在彌補傳統(tǒng)生產弊端的同時，完成了孔道有效改進。此外3D打印技術生產液壓閥塊還能夠有效控制生產成本，提高加工性能。將這些技術總結到一起也就是能夠完成形位公差控制，不用夾具就能夠解決裝夾需求。通過增加一定量的金屬粉末便可以控制閥體重量與流體流向。在3D技術的支持下，自由完成液壓閥塊的設計，提高了液壓閥塊性能。

對打印過程的分析可以得出，因液壓閥塊為金屬制造，使用3D打印技術打印能夠驗證加工可行性。第一步轉換數據，數據將作為最終3D模型的打印基礎因素，以三角網格為代表。在此過程中檢查模型的完整性，在模型為完整狀態(tài)時，進行切片操作。切片操作就是設置好切片的參數與成型的方向，將數據導入、轉化并存儲到打印機當中。之后開始打印，將SD卡插入3D打印機，觀測運行平穩(wěn)性與打印時間，結束打印后，去除無用支撐，結束后展示成品，觀察結構，承重與校對精度，分析其使用效果。

3.6 轉運站頭罩

這種裝置是系統(tǒng)設備，負責運載物料。轉運站頭罩的結構包括三通分料器、導料槽、轉運頭罩與轉運落料管。設計過程中需要同時考慮帶速、輸送高度，這些數據是結構設計的依據。使用傳統(tǒng)方法制造會出現鋼板變形、焊接變形、曲面加工難的問題。種種要素限制了轉運頭罩功能的發(fā)揮與體現。3D打印技術生產設計頭罩的時候，可以有效改善上述要素，減少無用的結構包括法蘭結構，提高了成型速度，不會受到材料因素的限制。

對轉運站頭罩打印的分析可以得出，3D打印技術優(yōu)化了空間曲面，且降低了結構復雜度。使用這一技術設計大型零件的過程中，需要準備好相對應的技術，確保該技術能夠在生產設計過程中一體化成型，提高加工制造速度，降低產品制造難度。

4 結語

3D打印技術的優(yōu)勢非常突出，機械零件完全可以借助3D打印技術強大的功能進行設計。3D打印技術的特性不僅符合與體現了創(chuàng)新要求，同時還能夠拓展打印技術使用范圍。此外零件性能也可以在3D打印的途中得以優(yōu)化，成型零件能夠更好的滿足使用需求。結合3D打印在眾多機械零件中的實踐設計結果可以看出，未來3D打印技術將擁有良好的發(fā)展前景。

參考文獻：

[1]張德龍.基于3D打印技術下機械零件創(chuàng)新自由設計的思考[J].現代制造技術與裝備，2018（06）：80-82.

[2]劉丹，許賀，李芳琳.3D打印在汽車行業(yè)上的應用[J].科技創(chuàng)新與應用，2018（12）：164-165.

[3]白龍.淺談3D打印SLM技術在機械自動化加工中的應用[J].科技經濟導刊，2018，26（07）：41.