3D打印技术在港口设备维修中的应用

3D打印技术在港口设备维修中的应用

王维邦

珠海港鑫和码头有限公司 广东省珠海市 519000

摘要：3D打印又称为增材制造，可以通过预设程序、数字模型，采用喷粉等方式逐层打印，最终得到高精度的立体产品。相比于常规的平面打印，3D打印可以提供三维立体模型；相比于普通的加工工艺，3D打印的精度和自动化程度更高。正是基于上述优势，让3D打印技术在短时间内快速的推广使用。当然，该技术也面临着许多需要克服的难题，例如材料方面、设备方面、行业标准方面。3D打印的市场前景广阔，在了解和运用3D打印技术的基础上，积极探索3D打印技术的创新和优化策略，也成为当前的热门研究课题。

关键词：3D；打印技术；港口设备维修

引言

现今，3D打印技术已经取得了很大的突破，该技术秉承的是一种“增材制造”的理念，这种理念起源于美国，在提出后不久就得到了人们的肯定和发扬。3D打印技术在美国发展最为迅速，从1988年美国制造出第一台打印机之后，3D打印机时代也正式拉开了序幕，随后，其他国家也在不断完善这项技术。到了1992年，3D打印技术掀起了一股发展热潮，与此同时，国内也开始了对于3D打印技术的研究，并取得了相应的成果。

1、3D打印技术原理及分类

1986年,CharlesHull在立体光刻工艺的基础上开发了3D打印技术。3D打印技术的核心原理是“分层制造,逐层叠加”,打印过程主要分为5个部分:一是设计,利用计算机辅助设计软件(SolidWorks,AutoCAD和ZBrush等)设计数字3D打印对象;二是保存,将设计好的3D打印对象以3D打印机可读文件格式保存,常见的通用文件格式有立体光刻(STL)文件和虚拟现实建模语言(VRML);三是导入,将保存好的文件导入到3D打印机中;四是打印,针对原材料特性以及产品要求,选择合适的丝材,设置打印温度、速度和压力等相关参数;五是后处理,打印结束后对产品表面进行处理。作为快速成型技术,一台3D打印机可以完成整个制造过程,工艺更为简化。3D打印技术适于小批量、具有复杂结构产品的生产,传统制造方式则专注于生产大规模、需要量产的部件,因此3D打印技术与传统制造技术可优势互补,共同推进现代制造业向智能化、数字化与网络化制造转型。近年来,3D打印技术不断发展,现已形成包括挤出成型、材料烧结和材料黏合等多种类3D打印技术。

2、3D打印的技术特点

3D打印是目前世界上快速发展的高新技术，在工业生产模式上，3D打印技术将工业生产从传统设计与制造分离，带向一体化、信息化的方向，能够最大程度节省人力、时间等方面的打印成本，有效提升了工作的效率。其次，在一些维修的而工作中，3D打印技术融入了信息化技术，因此设计工作不需要大量使用纸张和颜料，有效避免了生态污染和能耗，具有明显的绿色环保属性。作为一种重要的高新技术，3D打印技术在促进了很多行业的发展，对于提升工业生产水平有着非常重要的意义。从经济、社会的角度来看，3D打印技术降低了制造的门槛，很多零件不需要在工厂完成生产，在家或者一些工作室都可以使用3D打印根据自己的需求和喜好打印出个性化的小物品。而随着技术的成熟，在开源软件和设备的支持下，人们可以自行进行3D打印机的组装，也可以利用扫描获得物品的3D数字建模。

3、3D打印的关键技术

3.1三维喷绘打印技术

三维喷绘（3DP）技术是现阶段最为常用的一种3D打印方式。所用设备为标准喷墨打印机，可以适配多种粉末打印材料，例如陶瓷粉末、塑料粉末以及骨粉等。预设程序、建立模型后，在计算机指令控制下，先铺一层粉末，然后移动喷嘴，通过喷嘴将粘合剂喷到制定的区域，使粉末状的材料粘结在一起。完成第一层打印后，可以得到产品的雏形，然后继续重复上述步骤，在多次铺粉、喷涂、粘结以后，最终得到所需的产品。如果需要打印彩色产品，可以选择相应颜色的粘结剂。

3.2多尺度3D打印工艺

3D打印技术无论从宏观方面还是从微观方面的能力都有所提升，因为这项技术是从一维到三维，从细节构建整体的一项技术，也就是说这一项技术有着很大的尺度伸缩性，这就决定了这项技术的应用范围相对较广，例如生物器官构造、金属定向结晶等都有所涉及。随着这项技术的飞速发展和应用，也逐渐可以控制过程中的能量，包括气温、物质元素等，MaxPlanck研究所的Wanke曾经利用这项技术来分析研究光子，掌握了控制光学性能的结构方法，Sercombe也通过研究这项技术找出了改进组织性能方法、提高产品质量和精确度的技巧，除了国外的科学家有所涉猎以外，我国的科学家也在不断研究和分析这项技术的特性，通过研究发现，这项技术可以控制温度，应用于金属成型阶段的制造中，实现更加精准地分析，进而达到减小误差的目的。由此可见，这项技术的尺度伸缩性极强，可以给很多领域带来帮助，让很多工程的开展可以更加精确有效。

4、3D打印技术在港口设备维修中的应用分析

4.1零部件生产更加高效及时

在传统人工工作的港口设备维修方面，面对最大的问题是设备和零部件生产数量的不足，因为生产公司为了尽可能降低生产成本，提高经济收益，会根据港口设备和零部件的更换情况进行材料的生产，所以部分更换次数较少的设备和零部件一旦发生意外情况，很难采购到相应的替换材料，将会对港口公司造成严重的经济损失，但是生产公司无法保证稀缺零部件的按时生产。同时，部分设备及零部件所需的生产技术条件较高，需要大量的时间进行设备的生产。随着3D打印的应用，轻松的解决了零部件的生产问题，因为3D打印技术可以对零部件的细节数据进行更加精准的打印，且进行无缝焊接和组装，最大可能减小了零部件存在的误差，为设备的生产提供了保障。而且3D打印技术对于技术人员的专业能力要求进行了降低，通过三维模型，可以实现复杂零件的生产，加快了零部件的生产速度，同时还对零部件研制所耗费的时间进行了一定的缩减，将零部件生产工作进行了极大的优化。

4.2实际需求分析与应用3D打印技术的可行性

在港口设备维修工作中，需求主要包括：（1）旧型号零部件停产，库存难以补充。需要一种性价比高、小规模量产的制造手段。3D打印技术投入成本低、无需专业制造车间、产能可“模块化”扩展的特性能够很好实现“低成本建设、小批量生产”。（2）零部件一时短缺，补货未到。需要一种能够快速实现单件生产的制造手段。3D打印技术的增材成型原理，意味着可直接生产成品，省去加工和装配过程，实现零时间交付，非常适于“紧急件赶制”。（3）非标零部件成套采购价格昂贵，浪费成本。需要一种适于制造不规则形状构件的制造手段，3D打印技术的材料逐层堆砌特性使它几乎可以制造出任何形状的构件，能够很好解决“非标件自制”难题。（4）技改创新、修旧利废中要用到很多“个性化”零部件，需要一种便于设计、快速生成、易于掌握的研制手段。3D打印技术的设计过程完全通过计算机软件实现，研制周期短，容易实现“个性化定制”。综上所述，港口设备维修领域需要一种“低成本建设、小批量生产”，适于“紧急件赶制”和“非标件自制”，易于“个性化定制”的研制手段。3D打印技术正好完全满足上述需求，具有高度的应用可行性。

结束语

3D打印技术出现至今已经取得了很大的发展，也为人们的工作带来了更大的便捷，现在的打印机无论是准确度、色彩丰富度还是有效性，甚至生产产品的质量都得到了很大的提升，未来，该项技术仍会不断的提升和发展，朝着更加多样、更加智能、更加精准的方向发展，以实现更高质量产品的输出。

参考文献

[1]黄常翼,冯阳.3D打印技术及应用现状[J].黄冈职业技术学院学报,2019,21(06):126-129.

[2]冯晓晖.基于3D打印SLM技术的机械自动化加工及应用研究[J].数字通信世界,2019(12):175+178.