数显工量具设计三维打印应用研究

卢辉

摘要：传统的工量具产品设计一般分为几个阶段：产品内外结构设计、导出二维图、外协加工结构件、产品样机试装配、修正设计图、导出图纸给模具厂开模等。这个过程十分漫长，产品开发效率非常低下，产品开发周期非常长，无法适应市场的快速变化。

关键词：三维打印、数显工量具、产品设计

三维打印技术诞生于上世纪80年代的美国，是一种“增材制造技术”，与传统的雕铣等“减材制造”完全不同，主要应用沙盘成型。并于90年代迅速发展，应用于工业制造的各种结构件成形。最开始只能用一些类似于塑料的材料进行结构件成形，逐渐发展成为可以用金属、陶瓷、塑料、树脂、玻璃、橡胶、生物材料、建筑材料等进行三维打印。我国于上世纪90年代接触到三维打印技术，并开始国内应用研究。经过上世纪几十年的发展，并于本世纪初迅速发展，成功应用到工业制造的各个方面，特别是产品开发过程中概念结构件成形最为广泛。三维打印依托于计算机三维成形软件，可直接将三维软件成形的构件送入打印机打印，无须再转为二维图，大大缩短产品的开发，测试周期。

1. 三维成形主要技术类型

1.1光固化三维成形技术

该技术是最早出现的三维成形技术，是通过在树脂材料中添加光敏材料，再通过光照射而固化成形，主要为面成形方式，照射光源为激光束或紫外光。这种成形技术具有成形精度高，表面纹路小，易于处理，可对成形结构件的表面进行着色处理等优点。但该技术也有比较明显的缺点，首先是其原材料有一定气味，因为添加一些化学溶剂。其次是固化成形的结构件应力比较大，结构件容易发生较大的变形。为了克服这树脂材料成形结构应力和材料堆积，通常但打印件倾斜一定的角度，这个角度通常取15-40度之间，使每一层的成形成面积最小，以分散结构应力。

光固化成形结构件主要用于产品外观成形，以最短的时间将产品外观样机送到客户手上，以便客户确定产品外观造型，颜色等信息。

图1光固化三维打印结构示意图

1.2熔融堆积成形技术

该技术是以丝状或粉末为主要成形材料。通过将成形材料送入打印头或喷嘴以线面的方式一层层堆积成形。该技术具有成形结构件机械性能好，结构强度高，成形材料成本低，设备结构简单等优化点。但也是有明显的缺点，成形外观粗糙，不易打磨，外观不好着色，不能打印复杂精细的结构，成形精度一般，时间长等。

熔融堆积成形的结构件主要用于测试产品设计机械性能与结构受力分析。为了得到更好的受力结构，熔融堆积成形需要根据受力方向来选择成形打印方向。此外熔融堆积成形的材料非常丰富，常用的有PLA、ABS、PC、PP、合成橡胶等材料。还可以在这些材料中添加碳纤维等材料来增加强度。通过这些合成材料，成形结构件强度已经接近正式模具注塑件的强度。

熔融堆积成形在环境上更加友好，没有明显的气味。材料可以循环利用，更加环保。

图2熔融堆积成形结构示意图

（总结）在工量具产品设计中选择合适三维成形方式，可以方便进行产品原型测试与验证，并快速将样机送到客户手里，大大缩短了产品推向市场时间，产品迭代时间更短。使产品在最短的周期内推向市场，并快速占领市场。为企业缩短产品研发周期，资金周转提供最佳途径。

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