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3D打印技术在军工企业中的运用《电子机械工程杂志》2014年第三期13D打印技术3D打印的专业名称应该是“快速成型技术”或“增材制造技术”是依托信息技术、材料科学和精密机械等多种学科的一种尖端技术。增材制造是指不经过车、铣、钻等传统“减材”切削加工而是通过堆叠材料来直接形成最终产品的一种制造理念。它将多维制造变成简单的由下至上的二维叠加从而大大降低了设计与制造的复杂度可以制造传统方式无法加工的奇异结构尤其适合动力装备、航空航天、汽车等高端产品上关键零部件的制造。3D打印行业的发展始终凸显着“创新突破”这一关键特质技术发展日新月异现在只是3D打印技术的产业化初级阶段未来3至5年将是3D打印技术最为关键的发展机遇期其成长遵循的技术成熟曲线如图1所示。2睿创空间3D打印技术研究2．13D打印机的组装睿创空间遇到的第一个难题就是3D打印机的组装图2为3D打印机的组装全过程。机架组装的难点在于要确保支撑杆是一个正方形不能是平行四边形因此在装配和调试的过程中需要对塑料结构件的位置进行微调并确保塑料结构件的内孔被修正到刚好能在螺杆上自由平移的程度;挤出机的安装难点则在于安装时需要注意大齿轮与电机之间的垫片数量防止二者的间隙过小而影响齿轮转动同时又不能太大需确保铜杆凹槽能够顺利挤丝。图3为3D打印机的软件安装图。在软硬件安装到位之后点击“Connect”进行链接。2．23D打印机的软、硬件调试组装完成后下一步就是调试图4为3D打印机的调试全过程。调试过程的难点之一是双电机的驱动问题Z轴电机按并联方式连接时虽有很好的高速性能但其所需的电流是按串联方式连接时的1．4倍由于控制卡的驱动模块的驱动能力有限因此容易出现驱动模块过流现象导致死机。因此3D打印机在组装时Z轴电机应采用串联方式连接如图5所示。在调试3D打印机作单轴运动的过程中X轴方向上的皮带轮轴承处的螺母易脱落用弹垫防松效果不好需采用防松螺母;Y轴方向上的电机运动会出现卡死问题经查是由于结构位置没有准确校正皮带与运动平面存在一定的角度θ当热床向右移动时∠θ不断变大皮带拉力F在X轴向上的分量F1增大F在Y轴向上的分量F2减小当F2减小到无法克服阻力时Y轴方向上的电机运动就被卡死。因此需尽可能地减小θ角使皮带与Y轴平行运动。单轴运动调试如图6所示。在调试中发现加热床的实际温度和软件显示温度之间存在差异主要原因是由于加热电路板和铝床之间的粘合物使用错误应将硅胶换为导热硅脂。在打印过程中发现打印不准确经分析其原因为:运动控制精度低缺乏有效可靠的插补控制能力;运动轴往返运动存在间隙具体如图7所示。2．33D打印机的建模3D打印机的散件组装调试完毕之后睿创空间利用开源硬软件技术实现打印机成功运行。通过对3D打印软件参数的研究经过不断修改调整打印出的小黄鸭、金字塔、玫瑰花等模型已日臻精致完美。通过Pro/E、Autodesk等数字建模工具可自主地进行正向、逆向模型设计最终成功实现了雷达产品的3D模型打印制作。图8和图9是睿创空间利用建模软件制作的飞机模型以及为参赛机器人制作的头盔建模图片。33D打印技术在军工领域的应用睿创空间的成立为中国电科开启了3D打印技术军民融合的探索之路。一直以来中国电科不断探索3D打印技术的军民融合之路以期突破现有传统模具的生产制造工艺、工序的高成本、长周期的瓶颈将结构设计由传统串行设计模式转变为同步协同模式使其在军品的工业造型设计、风洞试验、结构设计、可装配性、干涉检查等方面成为全三维结构数字样机重要的辅助设计手段从而可以在极大程度上缩短产品的研发周期。将3D打印和军工生产紧密结合搭建开放性平台可推动其与科研生产过程的有机结合以手段创新提高工作效率还可激发员工的创新思维提升员工的岗位技能及自我解决难题的能力从而提升人力资源的有效利用率。在3D打印机项目成功运作的基础上3D打印技术被陆续运用到精益保障、移动互联网云平台等项目中并已取得阶段性成果在综合保障之在场快速维修中发挥了重要作用。下面以某装备为例具体阐述3D打印技术在装备综合保障领域的应用。装备的在场快速维修是指在合理的战术时间段内对受到损伤的装备系统进行修复从而使其恢复战斗能力所进行的修理。战场情形瞬息万变快速有效的在场抢修至关重要能够实现战斗能力的成倍增长。图10是通过对某部门一定数量装备的战损情况进行分析后得出的装备战伤抢修效果图。战伤率基本保持在8%。图10中的3个曲线带状部分代表3种不同的战斗损伤修理能力:最低的曲线带表示最“不理想”的情况即所有战伤装备无法投入战斗所形成的变化曲线;中间曲线带为假设50%的战伤装备能在24h内修复它代表具备中等抢修能力的情况;最上边的曲线带代表具备良好的战伤抢修能力的情况即