3D列印對機械製造與自動化技術發展影響分析論文
摘要：隨著科技水平的不斷提高, 機械製造和自動化技術都隨之獲得了較快的發展。在這一發展過程當中, 3D列印技術為機械製造和自動化奠定了堅實的科技基礎。另外, 機械製造業還為3D列印技術的應用提供了廣闊的發展空間。基於此, 文中從3D列印具有的優勢出發, 重點研究了3D列印對機械製造及自動化造成的影響。
關鍵詞：3D列印; 機械製造; 自動化;
近年來, 由於世界金融市場越來越凸顯出不穩定的局面, 因此, 目前, 大多數國家已經開始加強重視製造業發展在促進國家社會發展中所發揮的重要作用, 並且構建出了興建機械製造和自動化產業的戰略規劃。並且將3D列印作為了重要發展專案。基於此, 3D列印逐漸成為了機械製造和自動化行業的熱點話題。3D列印是製造業進行技術改革的前身, 屬於一種能夠在最短的時間內形成模型的技術, 可以減少產品生產加工的時間, 從而不僅可以確保機械和自動化技術更加便捷, 而且還大大地提高了企業的經濟效益。
1 機械製造和自動化的簡介
機械製造及其自動化是一門研究機械製造理論、製造技術、自動化製造系統以及先進製造模式的學科。此學科融合了各個相關學科的最新發展, 從而使製造技術、製造系統以及製造模式的全新面貌展現了出來。機械製造及其自動化的目標十分明確, 就是利用計算機把機械裝置同自動化相結合, 並形成了一系列的新型製造技術, 最後形成大型的計算機整合製造系統, 從而使傳統的機械加工實現了質的飛躍。
在機械製造的整個生產過程中, 現如今的機械製造行業開始同各種形式的新型技術相結合, 它是一項系統化的加工工程, 所應用的新型技術主要有機械製造、計算機、現代感測、智慧化生產與資訊科技。另外, 對於產品原材料和製造工藝也應用了新型科技方法, 並且在實施自動化操作處理的過程中還需要使用機械設施。
機械製造操作實際上就是生產製造產品的過程, 關鍵在於使生產目標的有關尺寸大小、外觀、具體部位以及產品質量等方面得到完善, 讓產品的雛形轉化成成品或者是半成品, 由此可見, 產品的製造技術在整個機械生產過程中發揮著十分重要的作用。由於現代化產品要求產品必須具有較高的加工精度, 因此, 有必要將3D列印技術應用在機械生產過程中, 從而能夠大大地提高產品的生產效率。
2 3D列印的簡介
3D列印技術也叫作增材或者是增量加工技術, 它主要透過三維CAD模型資料和數字技術材料印表機來進行製造, 並且同大量學科相融合, 比方說, CAD模型的構建、介面軟體、測量、數字控制以及鐳射等。現階段, 此項技術在各個行業得到了廣泛應用。比方說, 工業設計、土木工程、醫療以及教育方面。
3D列印具備的特點主要體現如下:首先, 數字製造。基於有關軟體的支援, 促進商品結構向數字化方向轉變, 並且透過機器設施進行生產製造, 進而能夠構建成不同的元件, 另外, 透過網際網路傳輸數字化檔案, 確保了製造的分散性;其次, 降維製造。在製造時對物體實施降維, 由三維結構向二維結構轉變, 然後進行逐層疊加, 從而形成了三維物品, 基於3D列印技術的支援, 無論結構多麼複雜都能夠進行加工製造, 同時還提高了製造的柔性化;最後, 直接製造。就所有元件而言, 都能夠透過列印來實現直接製造, 因此, 不僅簡化了組裝和拼接程式, 而且還提高了生產率[2]。
3 3D列印具有的優勢
3.1 定製化
傳統制造行業凸顯出來的最大特點就是透過大型的生產和集中設計來保證加工出來的產品更加具有經濟適用性, 從而可以使大多數人的具體需求得到滿足。但是, 由於受到製造技術的制約, 難以使產品實現獨特性和個性化。3D列印應用於檔案設計時主要採用了計算機同網路相結合的方法, 並針對個體情況進行實施, 這樣可以設計出理想的產品, 而且在整個過程中不會有成本和材料產生, 進而保證了私人訂製的有效實現[3]。
3.2 生態化
同傳統的機械製造和自動化技術進行比較可以得出, 3D列印利用設計的數字化檔案能夠使機械製造產品的設計得到及時改善, 因此, 從形式上來看, 更加經濟、環保。增材製造技術的應用可以防止材料出現耗損的現象。另外, 因為是根據具體需求進行定製的, 所以, 有效地防止發生由於大規模生產的機械產品而對空間和環境造成影響。分散式3D列印可以保證機械製造企業在生產的過程中實現就近、就地取材, 這樣不僅節約了運輸成本, 而且也減少了碳排放量。因此, 從多個層面來看, 使機械製造中的工藝得到了完善[1]。
3.3 智慧化
3D列印是基於計算機軟體設計中的數字檔案對機械模具進行加工製造的, 其中原材料是新型粉末, 製造工具為3D列印裝置, 透過軟體發出系統指令, 進而打印出需要加工的產品。毋庸置疑, 3D列印屬於一項具有代表性的現代數字製造技術, 同傳統機械製造和自動化中依靠流水線製造的技術存在著明顯的不同之處, 3D列印切實做到了製造上的實時實地按需生產, 從而凸顯出了機械製造技術的智慧化。
4 3D列印的影響
4.1 對勞動力配置造成的影響
長期以來, 勞動力資源優勢始終是我國製造業實現快速發展的重要前提, 在這種情況下, 全球越來越多的跨國企業開始紛紛在我國投資合作, 因此, 機械製造業獲得了突飛猛進的發展。但是, 隨著科學技術的不斷髮展和進步, 機械製造和自動化開始逐漸向資訊化和智慧化發展, 並且不再完全需要單純體力型的勞動資源。現如今, 大多數機械製造的環節更加依賴智力型資源, 基於此, 部分單純的體力型勞動資源一定會面臨失業。很長一段時期內, 我國一直缺少專業的技術人才資源, 進而阻礙了機械製造業的順利發展。基於3D列印技術的機械製造和自動化技術有效的省去了工藝環節, 節約了大部分的傳統工序, 以數字化生產技術為依託進行機械生產製造, 減少了以往製造過程中對流水生產線提出的需求。3D列印應用於機械製造業中大大降低了企業對體力勞動者的需求量, 企業往往喜歡採用更具機械化和自動化的生產工藝, 進而能夠降低勞動成本。除此之外, 隨著3D列印技術這種具有代表性的數字化技術的不斷完善以及廣泛應用, 體力勞動力資源閒置問題一定會變得越來越明顯。因此, 如何將傳統機械製造業中所需的閒置勞動力資源進行有機結合, 是對機械製造業的日後發展造成影響的`關鍵議題[4]。
3D列印屬於一種集當代多種形式先進技術為一體的製造技術, 此項技術在促進機械製造和自動化的發展方面不能同技術人員的支援相脫離, 一直以來, 我國企業的科技研發水平均較低, 特別是專業水平較高的技術型人才十分短缺, 從某種程度上來看, 也會阻礙3D列印的進一步發展。實際上, 由於3D列印而造成的勞動力配置問題主要體現如下:首先是部分單純的加工型勞動力資源可能會面臨失業;其次, 由於缺乏技術水平較高的勞動力資源, 因此, 會制約機械製造業的發展。
4.2 科技創新
現如今, 對於3D列印技術來說, 最關鍵的就是裝置的研發。當前, 從某種程度上來看, 我國3D列印裝置的科技研發水平基本接近於國際先進水平, 但是在機械製造的總體精度和可靠性等方面的控制卻仍舊同國際頂尖水平存在著非常大的差距, 由此可見, 仍需進一步提高。3D列印應用於加工與製造機械產品時主要採用層層疊加的方法, 由於加工不同產品的過程中所使用的原材料也不同, 因此, 3D列印原材料的載體裝置必然會存在差別。採取何種手段研發出適合應用在企業本產品原材料的裝置, 並且能夠確保較高的精準水平與可靠性是目前裝置研發過程中需要解決的首要問題。除此之外, 材料科學的研究開發也屬於裝置發展的關鍵。同傳統的機械製造進行比較可以看出, 3D列印所使用的材料較易做到液化或者是粉末化, 並且能夠在列印完成之後再次進行結合, 同時還具有標準的物化性質。利用一些應用軟體, 比方說CAD和CAM等, 將模型複製到3D列印裝置中, 先對引數進行設定, 然後再進行列印, 在確保控制和機械元件、列印頭、耗材以及介質等流程都達到自動化的情況下, 3D列印技術同機械製造和自動化的關聯一定會越來越穩定。由於不同生產加工範圍所使用的原材料也不完全同, 如果想將3D列印技術充分應用於企業機械製造加工領域, 首要工作就是採取合理有效的方法將與之相對應的原材料做到液化和粉末化。現階段, 隨著社會朝向多元化發展, 機械產品的型別也變得多種多樣, 因此, 與之相對應的原材料的研發必然是日後3D列印應用的關鍵所在。
5 結束語
綜上所述, 機械製造產業向智慧化和數字化發展是製造業的未來發展趨勢, 要想確保此發展目標得以實現, 就必須將3D打印合理地應用到企業的發展中。儘管3D列印技術具有較多的優勢, 但是也會對機械製造和自動化造成不良影響。因此, 為了同科學技術以及時代的發展相適應, 一定要不斷地對機械製造和自動化技術加以改善, 從而推動3d列印技術為我國機械製造行業提供優質服務。
參考文獻
[1]王翔.3D列印對機械製造及自動化的影響[J].黑龍江科技資訊, 2017 (03) :75.
[2]張均保.3D列印對機械製造及自動化的影響分析[J].中國高新區, 2017 (02) :103.