導(dǎo)語：3D打印技術(shù)在汽車加工的應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，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(chǔ)，應(yīng)用塑料等可粘結(jié)材料經(jīng)過逐層打印創(chuàng)建實(shí)體的技術(shù)。3D打印技術(shù)市場(chǎng)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(yīng)用，小至水杯大致汽車、飛機(jī)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(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)有助于加工參數(shù)準(zhǔn)確、高效優(yōu)化，還可以進(jìn)行設(shè)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(shí)踐研究，就計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在塑料3D打印中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)；3D打印技術(shù)；應(yīng)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(yīng)用。相對(duì)于傳統(tǒng)加工技術(shù)，3D打印加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)與工藝參數(shù)對(duì)質(zhì)量與外形影響較大?，F(xiàn)階段，我國(guó)3D打印技術(shù)設(shè)備與工藝處于研究發(fā)展階段，而計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在該方面出露端倪，值得進(jìn)一步深入研究。

1速率參數(shù)優(yōu)化的應(yīng)用

通過計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)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(dá)到50mm/s時(shí)，制件溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)分布散亂，開始打印時(shí)材料由于熱膨脹、聚合物溶體影響得到拉應(yīng)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(yīng)力，模型地層受到拉應(yīng)力使得制件產(chǎn)生裂紋。另一方面，不同打印速率中對(duì)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(dá)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(duì)塑料件質(zhì)量也具有一定影響。通過計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算總結(jié)各種噴頭結(jié)構(gòu)中，送絲速率對(duì)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(shí)，ABS絲材擠出速率不斷減小，3D打印時(shí)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(duì)各送絲速率下3D打印過程模擬，在噴頭直徑達(dá)到0.2mm時(shí)，送絲速率應(yīng)控制在3mm/s較為適宜。噴頭直徑大袋0.5mm時(shí)，速率控制在2mm/s較為適合。在預(yù)測(cè)打印速率與掃描形式對(duì)塑料件精度影響分析得出：塑料件最大應(yīng)力在角點(diǎn)位置，伴隨著打印速率的加快高應(yīng)力單位不斷減小，應(yīng)力波動(dòng)幅度減小。制件翹曲變形與應(yīng)力波動(dòng)有著直接聯(lián)系，因而打印速度達(dá)到1000mm/s時(shí)，翹曲變形只有4.80μm。掃描形式對(duì)塑料件溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)分布也有著直接影響，降低塑料件準(zhǔn)確性。實(shí)踐證明：相對(duì)于長(zhǎng)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(zhǎng)寬的增加短邊單向掃描優(yōu)勢(shì)尤為顯著。在長(zhǎng)寬比處于13.5:1時(shí)，長(zhǎng)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(yīng)用

應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行ABS材料制件的3D打印技術(shù)展開仿真優(yōu)化。實(shí)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(shí)，對(duì)制件的應(yīng)力分布進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬分析發(fā)現(xiàn)，制件中心位置殘余應(yīng)力大。伴隨著熱應(yīng)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(shí)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)仿真對(duì)結(jié)果展開驗(yàn)證，得出：翹曲變形和仿真結(jié)果相近。利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行ABS絲材溶體在噴嘴的溫度場(chǎng)、流動(dòng)場(chǎng)、壓力場(chǎng)分布展開調(diào)查研究得出：ABS溶體進(jìn)入噴嘴后溫度降低導(dǎo)致噴嘴堵塞。更換噴嘴材料后有明顯轉(zhuǎn)變，由此得出計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在3D打印中發(fā)揮著重要作用。此外，通過計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行噴嘴溫度、打印平臺(tái)溫度、打印速率分析得出：噴嘴溫度在200℃、打印平臺(tái)溫度為90℃、打印速率為30mm/s、打印時(shí)間為30s時(shí)，模擬塑料件溫度場(chǎng)得出：打印平臺(tái)溫度與打印速率決定塑料件質(zhì)量。于是，通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)證計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，打印平臺(tái)溫度依次為70℃、80℃、90℃。溫度在70℃時(shí)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(tái)溫度達(dá)到90℃時(shí)，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(jì)算機(jī)模擬技術(shù)進(jìn)行塑料件溫度場(chǎng)、熱耦應(yīng)力模擬分析得出：因?yàn)樗芰霞尚晚樦鳻OY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(kuò)大，溫度梯度降低且有所好轉(zhuǎn)。因?yàn)闇囟忍荻扔绊懯沟贸尚蜁r(shí)塑料件中部殘存應(yīng)力大；加之熱膨脹影響底端材料出現(xiàn)拉應(yīng)力，制件底端出現(xiàn)裂縫。根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)法模擬線寬補(bǔ)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(shí)踐證明：線寬補(bǔ)償達(dá)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(shí)，加工制件尺寸偏差只有3.41μm，翹曲變形為2.6μm。有學(xué)者借助計(jì)算機(jī)模擬ABS材料的板狀塑料件在打印時(shí)溫度場(chǎng)。實(shí)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(kuò)大。打印速度達(dá)到400mm/s時(shí)，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(shí)，制件最大應(yīng)力在邊遠(yuǎn)位置，伴隨著打印速率的增加塑料件最多打應(yīng)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(duì)3D打印機(jī)噴頭溫度場(chǎng)與熱變形分析，研究ABS絲材在噴頭內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)總結(jié)導(dǎo)致噴頭堵塞的原因并制定解決方法。實(shí)踐證明：溫度在220℃時(shí)，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(fù)雜塑料加工的運(yùn)用

應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在聚醚醚酮材料的人工3D打印中，分析溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)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(shí)，前段與外層溫度較后段與中段溫度低。因?yàn)榍岸稳荏w溫度較高、流動(dòng)性強(qiáng)。因此，噴嘴出口位置流動(dòng)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(duì)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(dòng)速率；高打印速率有助于噴嘴壓力分布。另外，對(duì)聚醚醚酮的人工骨的3D打印展開計(jì)算機(jī)仿真。塑料件溫度場(chǎng)模擬試驗(yàn)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(yán)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(yīng)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(dòng)機(jī)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(shè)計(jì)、采購(gòu)、制造、銷售、回收等諸多環(huán)節(jié)，突破全球供應(yīng)鏈。3D打印技術(shù)占據(jù)較大優(yōu)勢(shì)，比如：發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體、缸蓋內(nèi)的東西，這些采用傳統(tǒng)工藝需要3-4個(gè)月時(shí)間做模具，現(xiàn)如今應(yīng)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(jì)，在2018年上市的新車型達(dá)到上百種。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，企業(yè)只有縮減產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造周期才能在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)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(shè)計(jì)限制，縮小了產(chǎn)品開發(fā)時(shí)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(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在塑料的注塑、擠出、壓延等加工設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化與加工工藝優(yōu)化應(yīng)用廣泛，對(duì)提高工作效率與數(shù)據(jù)精準(zhǔn)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(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在熔融沉積3D打印設(shè)備與塑料件溫度場(chǎng)、流動(dòng)場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的分布與打印速率、噴頭溫度、分層厚度、撒苗形式等對(duì)塑料精準(zhǔn)性發(fā)揮了重要作用，效果顯著。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行3D打印設(shè)備結(jié)構(gòu)完善、參數(shù)完善、塑料件精準(zhǔn)評(píng)價(jià)效果理想，有助于提高工作效率，具有重要指導(dǎo)作用。在今后發(fā)展中，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)還可以應(yīng)用到仿真與預(yù)測(cè)中，對(duì)更多工藝參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化。

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作者:趙林 單位:湖南省康復(fù)輔具技術(shù)指導(dǎo)中心