浅谈 3D 打印技术在机械制造领域中的应用
浅谈 3D 打印技术在机械制造领域中的应用
文/宫丽
3D 打印技术是先进制造领域中，综合了计算机、光学、电气、
液压以及新型材料多种学科的增材制造、快速成型技术。由于具
有成形速度快、材料利用率高、生产周期短与数字化程度高等特
点，在机械制造领域得到了广泛研究和应用。本文主要是对 3D 打
印技术在机械制造领域中的应用进行深入的研究分析，提供了一
些可行性思路和建议。
【关键词】3D 打印 机械制造 应用需求
在 2012 年，英国的重要杂志谈到先进工业制造领域及将经历电气自动化时代之后的第
三次工业革命，这次工业革命将基于因特网与新材料、新能源相结合的前提上，把“数字化
制造”作为此次工业革命的重心，它将会深深的影响到市场元素以及全球范围内技术元素的配置方式 。
近些年，该项技术已经成为先进机械制造领域中的一种前言话题。某些相对较发达的
国家已经使该项技术在机械制造领域里得到了更为广泛的使用，并且国家高层也给予了这种
技术的高度认可，但是就我国而言，此技术在机械加工制造领域中的应用与发展才刚开始，
为了推进 3D 打印技术在我国机械制造方面的进度，我们必须将 3D 打印技术与我们的实际工作相结合，从而更全面的了解该技术。
1 3D打印技术的起源与发展
从 Charles Hull 于 1984 年生产出的第一台 3D 打印设备问世至今，该项技术已经经历
了 30 余年的完善进步，正逐步成为最具生命力的先进增材制造技术之一。在 1991 年，由
Stratasys 生产的 FDM3D 打印机、由 Cubital 生产的平面固化（SGC，Solid Ground Curing）
打印机以及 Helisys 生产的自动打印设备均已经完成了商业化。1996 年 3D Systems 公司使
用喷墨打印技术制造出Actua 2100-3D打印机。在中国，1994 年北京隆源自动成形有限公司
成功应用 3D 打印原理制造出了中国第一台具有自主知识产权的增材制造成型打印设备—
AFS-360。并应用塑料粉末状物、聚丙烯塑料等来作为原材料，从而来加工制造三维工艺品、
人工假牙、自行车架、汽车方向盘、骨骼等等。目前 3D 打印技术的应用范围非常广泛例如航
空航海航天产品、艺术工艺品设计加工、医疗器械、军工制品、汽车生产。
2 增材制造原理
3D 打印技术（增材制造）的其实质就是从纵坐标轴方向把所设计的产品的三维模型在
三维仿真软件中剖切成有限多个平面，通过分层加工与叠加成形相结合的方法，逐层打印材
料来生成 3D 实体，形成等比例的实体模型。3D 打印机根据不同的成形方法，其工作原理主要有一下两方面：
2.1 依据三维成形的3D打印原理
依据三维成形方法的 3D 打印机，首先把定量的原材料粉末状物由原料存放桶输送出，在加工平台上把这些粉末状物经滚筒碾压为薄
层，之后在需要打印的区域通过喷头喷出已经调和好的粘合剂。原材料粉末状物遇到调和好
的粘合剂之后会快速凝结固化。这样在打印完一层之后，工作台根据程序的设定会自动下降设定的距离，依据计算机设定的值不断进行打
印循环，最终完成三维模型的三维成形打印，然后清除打印机工作台上的没有固化的粉末。
2.2 依据熔融固化技术的3D打印原理
依据熔融固化技术的 3D 打印机，首先把三维实体模型导入到3D打印机的电脑程序中，
经过打印机的控制程序自动规划出打印头的运动路线。接着在电脑的程序的指导下打印头自
动依据三维实体的运动路径在加工平面上喷出每一层的剖面，这时经供丝装置把丝状的原材
料送至打印喷头，并把已经熔化的原材料丝状物喷出，凝聚在工作台上。凝聚在工作台上的
熔融状态材料通过冷却装置冷却之后汇聚成一层很薄的三维实体剖面薄片，从而得到所需要
实体的加工剖面轮廓。电脑程序自动将喷涂程序不断循环往复，工作台平面的高度根据电脑
程序的指令自动降低来达到层层叠加，直到形成所需要的三维实体模型电脑程序自动停止。
3 机械制造领域的应用
3D 打印技术即“增材制造”，是利用材料多层叠加方法，由平面工作台自动升降把零
部件从无到有地制造出来的先进零部件加工方法，它完全不同于传统的零部件加工方法，在
机械零部件制造领域引发了重大改观。
3.1 产品开发速度加快
过去开发一个产品，尤其是具有复杂形状的零部件，需要较多的生产设备，例如，专
用机床、工装夹具、专业的生产人员等等，这样才能完成一个零部件的加工生产，然而经过
加工生产的产品不一定能满足市场的需要。还需要经过市场的长时间检验，对所设计的产品
进行多次的修改，从而满足市场的需要，这样的生产过程周期较长，然而增材制造技术是加
工人员节省了时间，也摆脱了对加工设备的束缚，一台 3D 打印机即可完成所有的制造工序
进而完成零件的生产。
3.2 设计理念转变
与传统零部件加工方式进行比较，以前结构冗杂的零部件通过 3D 打印机可以很容易
的加工出来，这样需要加工的零部件的稳定性与集成度得到提高，使产品的加工与设计过程
得到了大大的简化。具有形状复杂、批量小的航空类零部件
形状千变万化、稳定性要求高。原来由 300 多个零件组成，通过 3D 打印技术可以把它简化
为三个主要的零件，提高了安全可靠性；通用公司应用 3D 打印技术制造航空航天与船舶叶
轮等关键制件。
4 总结
为了满足零部件强度、刚度、精度等要求，我们需要不断的提高零部件在机械制造加工中
的打印质量，进而逐步改进与完善我国的 3D打印技术。国家通过加大对研究机构的扶持力
度，完善 3D 打印联盟的组建，加强 3D 打印技术的教育培训工作，从而提升我国的 3D 打
印技术水平。当然，我们还要汲取发达国家的先进增材制造技术，使我国的 3D 打印技术与轨迹接轨。
参考文献
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[2] 刘铭 , 张坤 , 樊振中 .3D 打印技术在航空制造领域的应用发展 [J]. 装备制造技术 ,2013（12）：232-235.
[3] 王雪莹 .3D 打印技术与产业的发展及前景分析 [J]. 中国高新技术企业 ,2012,26（233）：3-5.
[4] 杨恩全 .3D 打印技术对航空制造业发展的影响 [J]. 航空科学技术 ,2013（1）：12-16.
作者简介宫丽（1980-），女，黑龙江省哈尔滨市人。
工学硕士学位。现为哈尔滨职业技术学院机械工程学院模具教研室教师、讲师。主要研究方
向为机械设计与制造、快速成型技术等。
作者单位哈尔滨职业技术学院学院 黑龙江省哈尔滨市150081
