陈博文
摘 要：随着社会经济的发展，高新技术的进步，3D技术得以快速发展。尤其是近几年来，3D技术因为自身的特殊性，应用在航空航天、工业、医疗、服装等领域。在国家提出相应的政策之后，更加彰显了智能化3D技术的重要性。本文探索了基于3D技术的机械零件创新设计，分析了机械行业的发展，希望能够帮助到相关技术人员。
关键词：3D打印技术；机械零件；创新自由设计
当前，3D打印技术已经融入到各个行业，对于传统的制造业有着巨大的影响。在传统工业当中，有着多种加工制造很麻烦，需要耗费的时间比较长，如空间曲面、复杂内腔等。传统加工制造所需要的步骤较多，耗费时间长也是不适合现在时代发展的一个重要原因。对于3D打印技术来说，区别于传统技术，在制造复杂结构的零件上有着很大的优势。除了这些之外，3D打印技术对于免装配制造也发挥着重要的作用。当前3D打印在汽车、军工、航天等领域受到了关注。同样的，在机械制造业也逐渐代替传统的技术。
一、3D打印技术的概念
3D打印是增材制造概念的一种延伸，一般来说，增材制造是区别于传统技术当中的减材手段，在进过锻造之后使用材料形成最终产品的类工艺技术。3D打印是通过将三维建模并且切片之后，使用3D打印机逐层制造出来产品。其主要的原理是在于，开始是设计师在计算机上使用专业软件进行绘图制作，然后将零件进行模型化，对于每一个切点都有着显着规定，得到了切面的具体数据之后，根据这些数据通过扫描喷涂热熔材料，形成截面轮廓，最终得到产品。同时，我们可以将材料之间的材质进行划分，最终形成为金属3D打印和非金属3D打印，目前发展较为稳定，使用范围最广的几种技术是：光固化成型工艺、激光选区烧结工艺等。
只是，作为一种借助高新技术发展的新兴技术，3D打印技术有着很多作用，在不少行业当中发挥着重要的作用，但是当前的3D打印机造价比较高，打印的材料很贵，小型的企业根本就无法承受，而且，受到技术的影响，可以打印的种类比较少，在尺寸和规格上也受到了限制。
二、面向3D打印技术的创新自由设计方法
随着3D打印技术的发展，加上市场需求，当前出现了一种理念丰富新颖的设计方法，我们可以称之为自由设计。主要是以功能性作为首要目的，设计过程主要是为了功能服务，我们也可以称这种技术为面向增材制造的设计方法。
相较于传统的设计方法，自由设计有着不少特点。首先，可以进行个性化设计，不受加工工序的影响，对于一些曲面结构、多孔结构、中空结构都能轻松的完成。设计唯一需要考虑的是所有的材料问题。其次，可以进行精简化设计。不用使用刀具、夹具，节省了时间，而且对于传统设计中为了后期加工需要预留的结构都可以省略。最后，可以进行轻量化设计，降低了成本。传统设计中，因为不少零件的结构比较复杂，在设计的时候无法做到轻量化。现在基于3D打印技术，可以使用较少的材料完成质量合格的产品，也符合当前时代发展的需求。此外，还可以进行免组装设计，包括运动副和功能结构的免组装，将多个结构集成到一个零件上，省去不必要的步骤，提高了整体的效率。
三、基于3D打印技术机械零件的创新自由设计方法
（一）轴套类零件
一般来说，对于轴套类的零件，其主要结构是同轴旋转体，轴向尺寸与径向尺寸相比，是要远远大于的。不过，这种零件还是起着传递扭矩的作用。而且此类零件目前加工方法是切削加工，对于形状和尺寸都有着严格规定，加上需求增多，通常都是采用大批量生产。但是当前的3D打印技术不适合这种批量作业，反倒是对于生产要求较高的单个零件有着便利性。我们在进行轴套类零件的设计时候，需要优先考虑它是准备做什幺，等到明确之后在进行结构设计。改变内部实心结构为夹层结构，在满足质量的同时减少重量。
（二）箱体类零件
第一，箱体类零件包括阀体、泵体、减速器箱体等，不管是内在结构还是外在心态都很复杂，一般来说普通人很少见到这种零件，其主要适用于容纳、密封。
第二，在传统加工过程中，箱体类零件的制造对于铸造模式有着要求，在进行大批量生产的时候会选择金属模机器，但是因为需求精度的高质量影响，在进行制造的时候若是出现误差，很容易影响到一批零件。而通过3D打印技术形成的箱体类零件，不但准确度满足要求，而且并不会有复杂的其他加工，避免了装夹问题，减少了生产所需要的时间，能够有效控制失败率，减少材料、人力、设备的消耗。
（三）盘盖类零件
第一，盘盖类零件通常是用作箱体零件的衔接，一般来说都是呈现圆形和方形的扁平状结构，轴向尺寸较之径向尺寸小很多。
第二，盘盖类零件功能一般来讲主要有轴向定位、坚固等作用，我们在进行自由设计的时候，可以使用3D打印技术对内部结构进行优化，提高实用性和美观性，减少冗余的功能。比如，在轴承端盖去除拔模斜度的不必要特征。
（四）叉架类零件
第一，在平常生活中，我们经常见到的叉架类零件都是呈现不对称的样式，除了同一种零件之外，其他的形状相比较有着很大的不同，比如，拨叉、连杆、摇臂等。在使用中主要是为了更好的连接和转动零件。
第二，因为叉架类零件对于孔的精确度要求较高，而且受到加工零件材料的影响，在加工时很容易出现变形的状况，所以在加工的时候需要用到不同的夹具，浪费了大量的时间。而借助3D打印技术能够快速的生产出来，不用担心装夹时产生的误差影响了整个零件的作用。
四、结语
本文结合3D打印技术的概念和效果，研究了在机械零件制造的作用。3D打印企业应用中，不但可以更好、更快的制造出复杂的零件，同时对于零件的精确度有着严格把控。相对于传统加工工艺，3D打印无论是在结构创新、功能优化还是在时间成本上都有着卓越的成果。只是当前3D打印机所需要的成本昂贵，还无法完全性的普及，不过随着技术的发展，肯定能够研究出日常使用的3D打印机。
参考文献：
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