3D打印技术在汽车加工的应用

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摘要：3d打印是一种以3D数字模型文件为基础，应用塑料等可粘结材料经过逐层打印创建实体的技术。3D打印技术市场发展前景良好，现已成为热门的科技概念并得到了广泛应用，小至水杯大致汽车、飞机等，产品数量逐渐增多并且在人们生活、工作中发挥了重要作用。塑料3D打印中应用计算机辅助技术有助于加工参数准确、高效优化，还可以进行设备与模具结构优化，有效提分高了塑料加工水平与加工效果。鉴于此，笔者结合实践研究，就计算机辅助技术在塑料3D打印中的应用进行简要分析。

关键词：计算机辅助技术；3D打印技术；应用方法

3D打印作为一种新型塑料加工形式，在聚醚醚酮、聚酯、苯乙烯-丁二烯-ABS等丝材得到了广泛应用。相对于传统加工技术，3D打印加工设备的结构与工艺参数对质量与外形影响较大。现阶段，我国3D打印技术设备与工艺处于研究发展阶段，而计算机辅助技术在该方面出露端倪，值得进一步深入研究。

1速率参数优化的应用

通过计算机辅助技术进行ABS材料的板状制件的3D打印数据分析发现，打印速度达到50mm/s时，制件温度场与应力场分布散乱，开始打印时材料由于热膨胀、聚合物溶体影响得到拉应力控制。打印后期，表层聚合物溶体已经冷却的聚合物限制受到压应力，模型地层受到拉应力使得制件产生裂纹。另一方面，不同打印速率中对制得的塑料件翘曲变形分析得出，伴随着打印速率的增加，塑料件翘曲变形量由低至高。在打印速率达到50mm/s后，塑料翘曲变形量只有0.102mm。而且，不仅打印速率影响塑料件质量喷嘴温度对塑料件质量也具有一定影响。通过计算机辅助计算总结各种喷头结构中，送丝速率对ABS丝材3D打印影响分析得出：送丝速率保持原状态，喷嘴直径从0.2mm提高至0.7mm。同时，ABS丝材挤出速率不断减小，3D打印时压力损失减小。如果喷头结构仍然不变，挤出速率与压力损失将伴随着送丝速率提高而增加。经过对各送丝速率下3D打印过程模拟，在喷头直径达到0.2mm时，送丝速率应控制在3mm/s较为适宜。喷头直径大袋0.5mm时，速率控制在2mm/s较为适合。在预测打印速率与扫描形式对塑料件精度影响分析得出：塑料件最大应力在角点位置，伴随着打印速率的加快高应力单位不断减小，应力波动幅度减小。制件翘曲变形与应力波动有着直接联系，因而打印速度达到1000mm/s时，翘曲变形只有4.80μm。扫描形式对塑料件温度场与应力场分布也有着直接影响，降低塑料件准确性。实践证明：相对于长边单向扫描形式，短边单向扫描条件下制件变形量为8.80μm。制件长宽的增加短边单向扫描优势尤为显著。在长宽比处于13.5:1时，长边单向扫描形式塑料变形量约9.54μm，短边单向扫描制件变形只有6.54μm。

2温度参数优化应用

应用计算机辅助技术进行ABS材料制件的3D打印技术展开仿真优化。实践证明：温度在200℃条件下，喷头各位置温度差小，温度在200-202℃。最低温度高于ABS加工温度170℃，可以确保ABS完全熔融。塑料件温度分布出现底面温度高、中心温度高、表面温度低现象。究其原因，中心位置与低端散热慢。同时，对制件的应力分布进行计算机模拟分析发现，制件中心位置残余应力大。伴随着热应力的释放，塑料件出现翘曲变形，模拟发现制备的ABS制件在Z轴方向出现翘曲变形，在X轴与Y轴方向只有微量翘曲变形。塑料件尺寸为80mm*880mm*4mm时，经过实验仿真对结果展开验证，得出：翘曲变形和仿真结果相近。利用计算机辅助技术进行ABS丝材溶体在喷嘴的温度场、流动场、压力场分布展开调查研究得出：ABS溶体进入喷嘴后温度降低导致喷嘴堵塞。更换喷嘴材料后有明显转变，由此得出计算机辅助技术在3D打印中发挥着重要作用。此外，通过计算机辅助技术进行喷嘴温度、打印平台温度、打印速率分析得出：喷嘴温度在200℃、打印平台温度为90℃、打印速率为30mm/s、打印时间为30s时，模拟塑料件温度场得出：打印平台温度与打印速率决定塑料件质量。于是，通过实验认证计算机模拟结果，打印平台温度依次为70℃、80℃、90℃。温度在70℃时塑料件外边缘轮廓无法完全融合，温度不断提高该现象有一定改善。平台温度达到90℃时，塑料件轮廓无散边且融合良好。经过熔融沉积3D打印制备尺寸为9mm*3mm*0.5mm的塑料件，经过计算机模拟技术进行塑料件温度场、热耦应力模拟分析得出：因为塑料件成型顺着XOY平面涂抹，所以表面散热快，X轴与Y轴温度匀称，Z轴方向均一度较低。伴随着打印的持续开展，塑料件热影范围扩大，温度梯度降低且有所好转。因为温度梯度影响使得成型时塑料件中部残存应力大；加之热膨胀影响底端材料出现拉应力，制件底端出现裂缝。根据正交实验法模拟线宽补偿、填充速度、分层厚度分析塑料件尺寸精度与翘曲变形影响。实践证明：线宽补偿达到0.23mm、挤出速度为28mm/s、填充速度为26mm/s，分层厚度为0.8mm时，加工制件尺寸偏差只有3.41μm，翘曲变形为2.6μm。有学者借助计算机模拟ABS材料的板状塑料件在打印时温度场。实践证明，塑料件温度梯度集中于XY轴向，塑料件变形在XOY平面中。伴随着打印速率的提高，塑料件温度扩大。打印速度达到400mm/s时，打印温度超过100℃极容易出现坍塌。塑料件尺寸在20mm*16mm*10mm时，制件最大应力在边远位置，伴随着打印速率的增加塑料件最多打应力变化降低。由此得出，较高的打印速率有助于降低塑料件翘曲变形量。此外，对3D打印机喷头温度场与热变形分析，研究ABS丝材在喷头内流动状态总结导致喷头堵塞的原因并制定解决方法。实践证明：温度在220℃时，喷头最高温度为220℃，喷头前段温度最低，流道内温度约220℃。温度差使得喷头下端变形位移较大容易受到打印精度影响。

3复杂塑料加工的运用

应用计算机辅助技术在聚醚醚酮材料的人工3D打印中，分析温度场、速度场、压力场变化，分析喷嘴温度与打印速率影响。结果得出：聚醚醚酮溶体在喷头内部时，前段与外层温度较后段与中段温度低。因为前段溶体温度较高、流动性强。因此，喷嘴出口位置流动速率与压力较高。通过不同喷头温度与打印速率优化得出；喷头温度对聚醚醚酮溶体温度影响较小，高喷头温度有助于提升溶体流动速率；高打印速率有助于喷嘴压力分布。另外，对聚醚醚酮的人工骨的3D打印展开计算机仿真。塑料件温度场模拟试验得出：塑料件Z方向分布失衡容易出现变形。如果提升喷头温度、成型室温度，塑料件温度较高且分布匀称，提升打印速率效果相同。喷头温度影响效果低于成型室温度与打印速率显著。成型室温度在200℃后，制件温度分布稳定，成型室温度过高容易造成塑件坍塌，变形严重。各条件下的塑料精度影响优化分析，喷头温度在350℃、成型室温度为100℃、打印速率为20mm/s，塑料变形量只有0.1mm。

4汽车制造领域的应用

3D打印技术改装汽车、打造汽车吸引了很多企业的重视。3D打印技术可以打印一些操作面板、发动机组件，还要经过加工以及后面的装配。汽车还包含传感器、电路板、线路，但这些是3D打印无法做出来的。3D打印技术的参与使穿有汽车产业链发生了改变，3D打印技术综合了设计、采购、制造、销售、回收等诸多环节，突破全球供应链。3D打印技术占据较大优势，比如：发动机的缸体、缸盖内的东西，这些采用传统工艺需要3-4个月时间做模具，现如今应用无木模铸型制造技术只要两周即可出具一件产品。据统计，在2018年上市的新车型达到上百种。市场竞争激烈，企业只有缩减产品设计与制造周期才能在激烈的竞争中实现长存，3D打印技术作为一种新型制作方法，打破了产品的设计限制，缩小了产品开发时间，节约研发成本，提高的产品稳定性。

5结语

总而言之，计算机辅助技术在塑料的注塑、挤出、压延等加工设备结构优化与加工工艺优化应用广泛，对提高工作效率与数据精准性效果显著。3D打印技术作为一种新的塑料加工技术，计算机辅助技术在熔融沉积3D打印设备与塑料件温度场、流动场、应力场的分布与打印速率、喷头温度、分层厚度、撒苗形式等对塑料精准性发挥了重要作用，效果显著。计算机辅助技术进行3D打印设备结构完善、参数完善、塑料件精准评价效果理想，有助于提高工作效率，具有重要指导作用。在今后发展中，计算机辅助技术还可以应用到仿真与预测中，对更多工艺参数标准优化。

参考文献：

[1]陈晓莹.基于全局搜索PID算法的FDM环保艺术产品3D打印控制[J].现代电子技术，2019（05）：157-159.

[2]张睿琳.3D打印在航空发动机制造上的应用[J].技术与市场，2019（02）：153.

[3]唐建，陈阳，罗宁.3D打印技术在建筑工程中的应用与前景[J].住宅与房地产，2019（03）：167，169.

[4]胡天骄.3D打印行业化工材料的应用及发展前景研究[J].中国石油和化工标准与质量，2019（02）：188-189.

[5]王燎，江旭，韩学全，严孟宁，吴海山.3D打印个体化导板辅助胫骨高位截骨1例报道[J].中华骨与关节外科杂志，2019（01）：58-61.

[6]刘忠明，张阳，李静，吴捷欣，张晓峰.3D打印钛合金漏斗胸矫形板的制备及性能研究[J].科技视界，2019（02）：11-12，18.

[7]刘云，王小黎，白旭.3D打印全球创新网络影响因素研究[J].科学学与科学技术管理，2019（01）：65-88.

[8]葛杰，白洁，杨燕，田伟.3D打印结构柱偏压性能试验研究[J/OL].建筑材料学报：1-11[2019-04-01].

[9]张毅.3dsMax设计软件结合3D打印技术混合式教学模式的探索[J].计算机产品与流通，2018（12）：210.

作者:赵林 单位:湖南省康复辅具技术指导中心