常豐田 黃矗 黃波

【摘 要】 3D打印技術，是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。它的出現，有學者認為，將會對機械行業(yè)造成很大的沖擊。本文通過對3D打印技術的分析和對機械工程研究范圍的分析，得出3D打印技術對機械工程的影響：目前3D打印技術主要適用于產品開發(fā)，對車間、機床等不會造成太大影響。

【關鍵詞】 3D打印 機械工程 影響

【中圖分類號】 K826.16【文獻標識碼】 A【文章編號】1672-5158（2013）07-0033-01

1.3D打印技術簡介

3D打印技術，也叫三維打印技術，它與普通打印機工作原理基本相同，打印機內裝有液體或粉末等“印材料”，與電腦連接后，通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。如今這一技術在多個領域得到應用，人們用它來制造服裝、建筑模型、汽車、巧克力甜品等。

每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化黏結，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體模型將會被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。

三維打印技術的魅力在于它不需要在工廠操作，桌面打印機可以打印出小物品，而且，人們可以將其放在辦公室一角、商店甚至房子里；而自行車車架、汽車方向盤甚至飛機零件等大物品，則需要更大的打印機和更大的放置空間。

3D打印技術最突出的優(yōu)點是無需機械加工或任何模具，就能直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的零件，從而極大地縮短產品的研制周期，提高生產率和降低生產成本。

與傳統(tǒng)技術相比，三維打印技術還擁有如下優(yōu)勢：通過摒棄生產線而降低了成本；大幅減少了材料浪費；而且，它還可以制造出傳統(tǒng)生產技術無法制造出的外形，讓人們可以更有效地設計出飛機機翼或熱交換器；另外，在具有良好設計概念和設計過程的情況下，三維打印技術還可以簡化生產制造過程，快速有效又廉價地生產出單個物品。

三維打印技術還有其他重要的優(yōu)點。大多數金屬和塑料零件為了生產而設計，這就意味著它們會非常笨重，并且含有與制造有關但與其功能無關的剩余物。三維打印技術不是這樣的。在三維打印技術中，原材料只為生產所需要的產品”，借用三維打印技術，他的團隊生產出的零件更加精細輕盈。當材料沒有了生產限制后，就能以最優(yōu)化的方式來實現其功能，因此，與機器制造出的零件相比，打印出來的產品的重量要輕60%，并且同樣堅固。

2.機械工程目前的研究范圍

機械工程以有關的自然科學和技術科學為理論基礎，結合生產實踐中的技術經驗，研究和解決在開發(fā)、設計、制造、安裝、運用和修理各種機械中的全部理論和實際問題的應用學科。機械是現代社會進行生產和服務的五大要素（人、資金、能源、材料和機械）之一，并參與能量和材料的生產。

機械工程的學科內容，按工作性質可分為以下方面：①建立和發(fā)展可實際和直接應用于機械工程的工程理論基礎。如工程力學、流體力學、工程材料學、材料力學、燃燒學、傳熱學、熱力學、摩擦學、機構學、機械原理、機械零件、金屬工藝學和非金屬工藝學等。②研究、設計和發(fā)展新機械產品，改進現有機械產品和生產新一代機械產品，以適應當前和未來的需要。③機械產品的生產，如生產設施的規(guī)劃和實現、生產計劃的制訂和生產調度、編制和貫徹制造工藝、設計和制造工藝裝備、確定勞動定額和材料定額以及加工、裝配、包裝和檢驗等。④機械制造企業(yè)的經營和管理，如確定生產方式、產品銷售以及生產運行管理等。⑤機械產品的應用，如選擇、訂購、驗收、安裝、調整、操作、維修和改造各產業(yè)所使用的機械產品和成套機械設備。⑥研究機械產品在制造和使用過程中所產生的環(huán)境污染和自然資源過度耗費問題及處理措施。因此，機械工程是一個很大而且很寬泛的概念。

3.3D打印技術對機械工程的影響

3D打印技術有其獨特的優(yōu)勢和魅力。英國《經濟學人》曾如此描述3D打印技術對傳統(tǒng)生產方式的影響：未來的工廠，大多數的工作將不是在車間完成，而是在辦公室展開，那里會坐滿設計師、工程師、IT專家、物流專家、營銷人員和其他專業(yè)人士。3D打印技術可以為汽車公司制造自動變速箱的殼體。如果按照傳統(tǒng)方式生產，僅開模具的花費就很大，并且周期長，而采用3D打印技術，很快就能拿到模具，價格相對低廉，性能也能達到設計預期要求。

然而，雖然3D打印技術有其一定的優(yōu)點，但是人們過分夸大了3D打印的影響。首先是3D打印機的價格較高，大多數桌面級3D打印機的售價在2萬元人民幣左右，但是對于桌面級3D打印機來說，由于僅能打印塑料產品，因此使用范圍非常有限。3d打印是一層層來制作物品，如果想把物品制作的更精細，則需要每層厚度減??；如果想提高打印速度，則需要增加層厚，而這勢必影響產品的精度質量。若生產同樣精度的產品，同傳統(tǒng)的大規(guī)模工業(yè)生產相比，沒有成本上的優(yōu)勢，尤其是考慮到時間成本，規(guī)模成本之后。

綜上，3D打印技術不會對傳統(tǒng)的車間、數字機床產生太大的沖擊。3D打印技術在目前來看，最適合用于新產品的開發(fā)。而從制造角度來看，它并不是最合適的?，F在大多數的3D打印技術精度還達不到傳統(tǒng)制造的程度，也很難實現傳統(tǒng)制造方式的大批量、低成本制造。3D打印在協同制造和實現創(chuàng)意方面較有優(yōu)勢，但無法替代傳統(tǒng)的制造方式。以上面的汽車自動變速箱的殼體為例，真正在市場上銷售的車，變速箱并不是用這個方法做的。汽車公司會對變速箱進行各種極端狀況下的測試，其中一些零件就是用3D打印方法做的。定型了以后，再開模具，然后按照傳統(tǒng)制造方法批量生產，這樣成本就會大大降低。3D打印適用于制造難加工的貴重材料，以及用傳統(tǒng)制造方法浪費大、甚至根本做不出來的復雜形狀。在大批量生產方面，則還須依靠傳統(tǒng)制造?，F在的3D打印技術還完全不成熟，對于材料，結構，強度，成本幾個方面注定在短時間內不可能有大的規(guī)?；膽谩?/p>

4.結束語

3D打印技術作為一種新型的技術，對機械工程的產品設計開發(fā)有一定的影響，在產品開發(fā)，三維設計和科研、食品、醫(yī)療等領域大展身手。不可否認，3D打印技術會給機械工程帶來新鮮的血液，但是，由于其自身的局限性，短時間內必定無法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械制造行業(yè)。直到2012年，3D打印生產出的前所未有的東西，幾乎沒有。做些小規(guī)模的飾品，藝術品是可以的，做逆向工程也可以的，但要談到大規(guī)模機械生產，3d打印還不能取代傳統(tǒng)的生產方式。

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