導語：3D打印技術(shù)在汽車加工的應用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：3d打印是一種以3D數(shù)字模型文件為基礎，應用塑料等可粘結(jié)材料經(jīng)過逐層打印創(chuàng)建實體的技術(shù)。3D打印技術(shù)市場發(fā)展前景良好，現(xiàn)已成為熱門的科技概念并得到了廣泛應用，小至水杯大致汽車、飛機等，產(chǎn)品數(shù)量逐漸增多并且在人們生活、工作中發(fā)揮了重要作用。塑料3D打印中應用計算機輔助技術(shù)有助于加工參數(shù)準確、高效優(yōu)化，還可以進行設備與模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化，有效提分高了塑料加工水平與加工效果。鑒于此，筆者結(jié)合實踐研究，就計算機輔助技術(shù)在塑料3D打印中的應用進行簡要分析。

關(guān)鍵詞：計算機輔助技術(shù)；3D打印技術(shù)；應用方法

3D打印作為一種新型塑料加工形式，在聚醚醚酮、聚酯、苯乙烯-丁二烯-ABS等絲材得到了廣泛應用。相對于傳統(tǒng)加工技術(shù)，3D打印加工設備的結(jié)構(gòu)與工藝參數(shù)對質(zhì)量與外形影響較大?，F(xiàn)階段，我國3D打印技術(shù)設備與工藝處于研究發(fā)展階段，而計算機輔助技術(shù)在該方面出露端倪，值得進一步深入研究。

1速率參數(shù)優(yōu)化的應用

通過計算機輔助技術(shù)進行ABS材料的板狀制件的3D打印數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，打印速度達到50mm/s時，制件溫度場與應力場分布散亂，開始打印時材料由于熱膨脹、聚合物溶體影響得到拉應力控制。打印后期，表層聚合物溶體已經(jīng)冷卻的聚合物限制受到壓應力，模型地層受到拉應力使得制件產(chǎn)生裂紋。另一方面，不同打印速率中對制得的塑料件翹曲變形分析得出，伴隨著打印速率的增加，塑料件翹曲變形量由低至高。在打印速率達到50mm/s后，塑料翹曲變形量只有0.102mm。而且，不僅打印速率影響塑料件質(zhì)量噴嘴溫度對塑料件質(zhì)量也具有一定影響。通過計算機輔助計算總結(jié)各種噴頭結(jié)構(gòu)中，送絲速率對ABS絲材3D打印影響分析得出：送絲速率保持原狀態(tài)，噴嘴直徑從0.2mm提高至0.7mm。同時，ABS絲材擠出速率不斷減小，3D打印時壓力損失減小。如果噴頭結(jié)構(gòu)仍然不變，擠出速率與壓力損失將伴隨著送絲速率提高而增加。經(jīng)過對各送絲速率下3D打印過程模擬，在噴頭直徑達到0.2mm時，送絲速率應控制在3mm/s較為適宜。噴頭直徑大袋0.5mm時，速率控制在2mm/s較為適合。在預測打印速率與掃描形式對塑料件精度影響分析得出：塑料件最大應力在角點位置，伴隨著打印速率的加快高應力單位不斷減小，應力波動幅度減小。制件翹曲變形與應力波動有著直接聯(lián)系，因而打印速度達到1000mm/s時，翹曲變形只有4.80μm。掃描形式對塑料件溫度場與應力場分布也有著直接影響，降低塑料件準確性。實踐證明：相對于長邊單向掃描形式，短邊單向掃描條件下制件變形量為8.80μm。制件長寬的增加短邊單向掃描優(yōu)勢尤為顯著。在長寬比處于13.5:1時，長邊單向掃描形式塑料變形量約9.54μm，短邊單向掃描制件變形只有6.54μm。

2溫度參數(shù)優(yōu)化應用

應用計算機輔助技術(shù)進行ABS材料制件的3D打印技術(shù)展開仿真優(yōu)化。實踐證明：溫度在200℃條件下，噴頭各位置溫度差小，溫度在200-202℃。最低溫度高于ABS加工溫度170℃，可以確保ABS完全熔融。塑料件溫度分布出現(xiàn)底面溫度高、中心溫度高、表面溫度低現(xiàn)象。究其原因，中心位置與低端散熱慢。同時，對制件的應力分布進行計算機模擬分析發(fā)現(xiàn)，制件中心位置殘余應力大。伴隨著熱應力的釋放，塑料件出現(xiàn)翹曲變形，模擬發(fā)現(xiàn)制備的ABS制件在Z軸方向出現(xiàn)翹曲變形，在X軸與Y軸方向只有微量翹曲變形。塑料件尺寸為80mm*880mm*4mm時，經(jīng)過實驗仿真對結(jié)果展開驗證，得出：翹曲變形和仿真結(jié)果相近。利用計算機輔助技術(shù)進行ABS絲材溶體在噴嘴的溫度場、流動場、壓力場分布展開調(diào)查研究得出：ABS溶體進入噴嘴后溫度降低導致噴嘴堵塞。更換噴嘴材料后有明顯轉(zhuǎn)變，由此得出計算機輔助技術(shù)在3D打印中發(fā)揮著重要作用。此外，通過計算機輔助技術(shù)進行噴嘴溫度、打印平臺溫度、打印速率分析得出：噴嘴溫度在200℃、打印平臺溫度為90℃、打印速率為30mm/s、打印時間為30s時，模擬塑料件溫度場得出：打印平臺溫度與打印速率決定塑料件質(zhì)量。于是，通過實驗認證計算機模擬結(jié)果，打印平臺溫度依次為70℃、80℃、90℃。溫度在70℃時塑料件外邊緣輪廓無法完全融合，溫度不斷提高該現(xiàn)象有一定改善。平臺溫度達到90℃時，塑料件輪廓無散邊且融合良好。經(jīng)過熔融沉積3D打印制備尺寸為9mm*3mm*0.5mm的塑料件，經(jīng)過計算機模擬技術(shù)進行塑料件溫度場、熱耦應力模擬分析得出：因為塑料件成型順著XOY平面涂抹，所以表面散熱快，X軸與Y軸溫度勻稱，Z軸方向均一度較低。伴隨著打印的持續(xù)開展，塑料件熱影范圍擴大，溫度梯度降低且有所好轉(zhuǎn)。因為溫度梯度影響使得成型時塑料件中部殘存應力大；加之熱膨脹影響底端材料出現(xiàn)拉應力，制件底端出現(xiàn)裂縫。根據(jù)正交實驗法模擬線寬補償、填充速度、分層厚度分析塑料件尺寸精度與翹曲變形影響。實踐證明：線寬補償達到0.23mm、擠出速度為28mm/s、填充速度為26mm/s，分層厚度為0.8mm時，加工制件尺寸偏差只有3.41μm，翹曲變形為2.6μm。有學者借助計算機模擬ABS材料的板狀塑料件在打印時溫度場。實踐證明，塑料件溫度梯度集中于XY軸向，塑料件變形在XOY平面中。伴隨著打印速率的提高，塑料件溫度擴大。打印速度達到400mm/s時，打印溫度超過100℃極容易出現(xiàn)坍塌。塑料件尺寸在20mm*16mm*10mm時，制件最大應力在邊遠位置，伴隨著打印速率的增加塑料件最多打應力變化降低。由此得出，較高的打印速率有助于降低塑料件翹曲變形量。此外，對3D打印機噴頭溫度場與熱變形分析，研究ABS絲材在噴頭內(nèi)流動狀態(tài)總結(jié)導致噴頭堵塞的原因并制定解決方法。實踐證明：溫度在220℃時，噴頭最高溫度為220℃，噴頭前段溫度最低，流道內(nèi)溫度約220℃。溫度差使得噴頭下端變形位移較大容易受到打印精度影響。

3復雜塑料加工的運用

應用計算機輔助技術(shù)在聚醚醚酮材料的人工3D打印中，分析溫度場、速度場、壓力場變化，分析噴嘴溫度與打印速率影響。結(jié)果得出：聚醚醚酮溶體在噴頭內(nèi)部時，前段與外層溫度較后段與中段溫度低。因為前段溶體溫度較高、流動性強。因此，噴嘴出口位置流動速率與壓力較高。通過不同噴頭溫度與打印速率優(yōu)化得出；噴頭溫度對聚醚醚酮溶體溫度影響較小，高噴頭溫度有助于提升溶體流動速率；高打印速率有助于噴嘴壓力分布。另外，對聚醚醚酮的人工骨的3D打印展開計算機仿真。塑料件溫度場模擬試驗得出：塑料件Z方向分布失衡容易出現(xiàn)變形。如果提升噴頭溫度、成型室溫度，塑料件溫度較高且分布勻稱，提升打印速率效果相同。噴頭溫度影響效果低于成型室溫度與打印速率顯著。成型室溫度在200℃后，制件溫度分布穩(wěn)定，成型室溫度過高容易造成塑件坍塌，變形嚴重。各條件下的塑料精度影響優(yōu)化分析，噴頭溫度在350℃、成型室溫度為100℃、打印速率為20mm/s，塑料變形量只有0.1mm。

4汽車制造領(lǐng)域的應用

3D打印技術(shù)改裝汽車、打造汽車吸引了很多企業(yè)的重視。3D打印技術(shù)可以打印一些操作面板、發(fā)動機組件，還要經(jīng)過加工以及后面的裝配。汽車還包含傳感器、電路板、線路，但這些是3D打印無法做出來的。3D打印技術(shù)的參與使穿有汽車產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)生了改變，3D打印技術(shù)綜合了設計、采購、制造、銷售、回收等諸多環(huán)節(jié)，突破全球供應鏈。3D打印技術(shù)占據(jù)較大優(yōu)勢，比如：發(fā)動機的缸體、缸蓋內(nèi)的東西，這些采用傳統(tǒng)工藝需要3-4個月時間做模具，現(xiàn)如今應用無木模鑄型制造技術(shù)只要兩周即可出具一件產(chǎn)品。據(jù)統(tǒng)計，在2018年上市的新車型達到上百種。市場競爭激烈，企業(yè)只有縮減產(chǎn)品設計與制造周期才能在激烈的競爭中實現(xiàn)長存，3D打印技術(shù)作為一種新型制作方法，打破了產(chǎn)品的設計限制，縮小了產(chǎn)品開發(fā)時間，節(jié)約研發(fā)成本，提高的產(chǎn)品穩(wěn)定性。

5結(jié)語

總而言之，計算機輔助技術(shù)在塑料的注塑、擠出、壓延等加工設備結(jié)構(gòu)優(yōu)化與加工工藝優(yōu)化應用廣泛，對提高工作效率與數(shù)據(jù)精準性效果顯著。3D打印技術(shù)作為一種新的塑料加工技術(shù)，計算機輔助技術(shù)在熔融沉積3D打印設備與塑料件溫度場、流動場、應力場的分布與打印速率、噴頭溫度、分層厚度、撒苗形式等對塑料精準性發(fā)揮了重要作用，效果顯著。計算機輔助技術(shù)進行3D打印設備結(jié)構(gòu)完善、參數(shù)完善、塑料件精準評價效果理想，有助于提高工作效率，具有重要指導作用。在今后發(fā)展中，計算機輔助技術(shù)還可以應用到仿真與預測中，對更多工藝參數(shù)標準優(yōu)化。

參考文獻：

[1]陳曉瑩.基于全局搜索PID算法的FDM環(huán)保藝術(shù)產(chǎn)品3D打印控制[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2019（05）：157-159.

[2]張睿琳.3D打印在航空發(fā)動機制造上的應用[J].技術(shù)與市場，2019（02）：153.

[3]唐建，陳陽，羅寧.3D打印技術(shù)在建筑工程中的應用與前景[J].住宅與房地產(chǎn)，2019（03）：167，169.

[4]胡天驕.3D打印行業(yè)化工材料的應用及發(fā)展前景研究[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2019（02）：188-189.

[5]王燎，江旭，韓學全，嚴孟寧，吳海山.3D打印個體化導板輔助脛骨高位截骨1例報道[J].中華骨與關(guān)節(jié)外科雜志，2019（01）：58-61.

[6]劉忠明，張陽，李靜，吳捷欣，張曉峰.3D打印鈦合金漏斗胸矯形板的制備及性能研究[J].科技視界，2019（02）：11-12，18.

[7]劉云，王小黎，白旭.3D打印全球創(chuàng)新網(wǎng)絡影響因素研究[J].科學學與科學技術(shù)管理，2019（01）：65-88.

[8]葛杰，白潔，楊燕，田偉.3D打印結(jié)構(gòu)柱偏壓性能試驗研究[J/OL].建筑材料學報：1-11[2019-04-01].

[9]張毅.3dsMax設計軟件結(jié)合3D打印技術(shù)混合式教學模式的探索[J].計算機產(chǎn)品與流通，2018（12）：210.

作者:趙林 單位:湖南省康復輔具技術(shù)指導中心