數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)在3D打印中的應(yīng)用

數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)在3D打印中的應(yīng)用【摘要】闡述了數(shù)字化設(shè)計制造的原理以及分類，對數(shù)字化設(shè)計制造在3D打印中的應(yīng)用做了介紹，分析了3D打印的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來發(fā)展趨勢?！娟P(guān)鍵詞】數(shù)字化設(shè)計；3D打印;應(yīng)用?！綼bstract】ThispaperexpoundsthePrincipleandclassificationofdigitaldesignandmanufacture,introducestheapplicationofdigitaldesignandmanufacturein3Dprinting,analysisthepresentdevelopmentsituationof3Dprinting.【keyword】digitaldesignandmanufacture;3Dprinting；application.0引言數(shù)字化設(shè)計制造是產(chǎn)品設(shè)計制造信息的數(shù)字化，是將產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征、材料特征、制造特征和功能特征統(tǒng)一起來，應(yīng)用數(shù)字技術(shù)隊設(shè)計制造所涉及的所有對象和活動進行表達、處理和控制，從而在數(shù)字空間就中完成產(chǎn)品設(shè)計制造的過程，及制造對象，狀態(tài)與過程的數(shù)字化表征、制造信息的可靠獲取以及傳遞，以及不同層面的數(shù)字化模型與仿真。而作為“第三次工業(yè)革命”的前沿代表技術(shù)——3D數(shù)字化打印，成功地將虛擬的數(shù)字智能化技術(shù)與實實在在的工業(yè)產(chǎn)品橋接在一起。作為快速成形技術(shù)的一種，3D打印以經(jīng)過智能化處理后的3D數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印、迭加成形的方式來增量構(gòu)造物體的技術(shù)。3D數(shù)字化和3D打印是一對孿生兄弟，相輔相成。3D數(shù)字化是實現(xiàn)3D打印的前提和基礎(chǔ)，否則“巧婦難為無米之炊”[1]；1數(shù)字化設(shè)計制造的發(fā)展歷程，主要內(nèi)容1）發(fā)展歷程：NC機床(數(shù)控機床)的出現(xiàn)→CAM處理系統(tǒng)APT(自動編程工具)出現(xiàn)→加工中心的的出現(xiàn)→CAD(計算機輔助設(shè)計)軟件的出現(xiàn)→FMS(柔性制造系統(tǒng))系統(tǒng)的出現(xiàn)→CAD/CAM(計算機輔助設(shè)計/計算機輔助制造)的融合→CIMS(計算機集成制造系統(tǒng))的出現(xiàn)和應(yīng)用→CAD/CAM軟件的空前繁榮。2)主要內(nèi)容CAD---計算機輔助設(shè)計、CAE---計算機輔助工程分析、CAM---計算機輔助制造、CAPP---計算機輔助工藝規(guī)劃、PDM---產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理、ERP---企業(yè)資源計劃、RE---逆向工程技術(shù)。23D打印的原理及分類、發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢3D打印技術(shù)被稱為快速成型技術(shù)，也稱為增材制造技術(shù),是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬、塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的快速成型技術(shù)。2012年4月，英國《經(jīng)濟學人》刊文認為，3D打印技術(shù)將與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起，推動第三次工業(yè)革命的實現(xiàn)。美國等發(fā)達國家高度重視3D打印技術(shù)，甚至將其提升到國家戰(zhàn)略層面。1）3D打印的原理及分類3D打印技術(shù)是以3D模型為藍本，通過軟件將3D模型進行分層離散化處理，由數(shù)控成型系統(tǒng)利用激光束、紫外線、熱熔等方式將樹脂、陶瓷粉末、塑料等特殊材料在X-Y平面進行逐層成型掃描，并在Z軸進行堆積黏結(jié)，最終疊加成實體產(chǎn)品。由其定義知，3D打印屬于加式制造范疇。而傳統(tǒng)制造業(yè)屬于減式制造范疇，即通過模具、車銑等機械加工技術(shù)與工具將原材料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品的工藝過程，其特征為利用縮削、減少材料來生產(chǎn)部件。與傳統(tǒng)制造業(yè)相比，3D打印不需要復雜的工藝，不需要龐大的機床，不需要眾多的人力，不需要冗長的流水線作業(yè)，直接通過計算機3D模型數(shù)據(jù)，便可由打印機生產(chǎn)任何形狀的零件，使生產(chǎn)制造得以向更廣的生產(chǎn)人群范圍延伸[2]3D打印機打印截面的厚度一般為100mm，即0.1mm，特殊要求的打印機也可以打印16mm的薄層，平面方向則可以打印與日常普通激光打印機相近的分辨率。3D打印機的分辨率對大多數(shù)應(yīng)用來說已經(jīng)足夠，在彎曲的表面可能會稍有粗糙，稍微打磨即可光滑。在打印一些有倒掛狀的物體時，打印過程中就需要用易于去除的東西作為支撐物。打印物品表面色彩處理可選擇3D彩色打印機、噴涂、手繪及有色材料等。3D打印技術(shù)的類型和屬性[3]2)3D打印的發(fā)展現(xiàn)狀歷經(jīng)20多年，3D打印技術(shù)終于從沉寂到興起，并在許多領(lǐng)域取得新的成果。在產(chǎn)品設(shè)計方面，3D打印機的利用始于制造業(yè)的產(chǎn)品試制。正如把3D打印又稱作“快速成型”一樣，與以往方法相比，3D打印的最大優(yōu)點是能在短時間內(nèi)完成試制品。在藝術(shù)品方面，3D印刷能夠創(chuàng)作出許多令人驚嘆的藝術(shù)作品。目前各國藝術(shù)家利用該技術(shù)創(chuàng)作出各種復雜的中小型雕塑作品或用于原比例縮小后的概念模型展示。在精密零部件方面，由于3D打印制品能實現(xiàn)產(chǎn)品的自然無縫連接，從而達到傳統(tǒng)制造方法遠不可即的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性和連接強度，已成為國外研究空間飛行器的關(guān)鍵技術(shù)。在家庭裝飾方面，如今家庭裝飾都講求個性與人性化，追求感官愉悅，這就給了3D打印技術(shù)發(fā)揮的空間。歐美現(xiàn)已有多家公司提供利用快速成型設(shè)備制作個性裝飾的服務(wù)。在建筑模型方面，如今眾多設(shè)計機構(gòu)的大型設(shè)施或場館都利用快速成型先期構(gòu)建精確建筑模型來進行效果展示與相關(guān)測試，該類設(shè)備所發(fā)揮的優(yōu)勢和無可比擬的逼真效果為設(shè)計師所認同。在醫(yī)療手術(shù)方面，利