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摘要：3D打印即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。现阶段，在成都地铁基地维修中以打印塑料件为主。在维修过程中主要以：1.直接打印零部件用于修复相关设备，如：接地棒、钱箱底座导轨等；2.打印模具，用于研发工作的前期验证，如：移动BOM外壳等。
关键词：3D打印 数字模型 基地维修 零部件 研发
第一章 前言
1. 3D打印技术的发展现状
3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品，而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。3D打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创建部件。 3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。
2.成都地铁基地维修应用3D打印技术介绍
成都地铁基地维修从2015年开始引进3D打印技术，购买了第一台3D打印机--MakerBot Replicator Z18，该打印机是MakerBot公司在2014年1月推出的一款大尺寸桌面级3D打印机，该打印机使用PLA（聚乳酸）材料来进行打印，该材料是一种热塑性塑料。聚乳酸由玉米淀粉、蔗糖、木薯等为原料而制成，它一般具有良好的机械和加工性能，聚乳酸产品还可以通过各种方式快速降解，因此聚乳酸是一种具备良好的使用性能的绿色塑料。在维修、研发过程中采用该材料打印出的零部件、模具，绿色环保，在基地维修的发展过程中最大限度的保护环境。
第二章 3D打印技术的分类
3D打印技术是一系列快速原型成型技术的统称，其基本原理都是叠层制造，由快速原型机在X-Y平面内通过扫描 形式形成工件的截面形状，目前市场上的快速成型技术分为以下几种：
1.3DP技术
采用3DP技术的3D打印机使用标准喷墨打印技术，通过将液态连结体铺放在粉末薄层上， 以打印横截面数据的方式逐层创建各部件，创建三维实体模型，采用这种技术打印成型的样品模型与实际产品具有同样的色彩，还可以将彩色分析结果直接描绘在模型上，模型样品所传递的信息较大。
2.FDM熔融层积成型技术
FDM熔融层积成型技术是将丝状的热熔性材料加热融化，同时三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后，机器工作台下降一个高度（即分层厚度）再成型下一层，直至形成整个实体造型。其成型材料种类多，成型件强度高、精度较高，主要适用于成型小塑料件。
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3.SLA立体平版印刷技术
SLA立体平版印刷技术以光敏树脂为原料，通过计算机控制激光按零件的各分层截面信息在液态的光敏树脂表面进行逐点扫描，被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。一层固化完成后，工作台下移一个层厚的距离，然后在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，直至得到三维实体模型。该方法成型速度快，自动化程度高，可成形任意复杂形状，尺寸精度高，主要 应用于复杂、高精度的精细工件快速成型。
4.SLS选区激光烧结技术
SLS选区激光烧结技术是通过预先在工作台上铺一层粉末材料（金属粉末或非金属粉末），然后让激光在计算机控制下按照界面轮廓信息对实心部分粉末进行烧结，然后不断循环，层层堆积成型。该方法制造工艺简单，材料选择范围广，成本较低，成型速度快，主要应用于铸造业直接制作快速模具。
5.DLP激光成型技术
DLP激光成型技术和SLA立体平版印刷技术比较相似，不过它是使用高分辨率的数字光处理器(DLP)投影仪来固化液态光聚合物，逐层的进行光固化，由于每层固化时通过幻灯片似的片状固化，因此速度比同类型的SLA立体平版印刷技术速度更快。该技术成型精度高，在材料属性、细节和表面光洁度方面可匹敌注塑成型的耐用塑料部件。
6.UV紫外线成型技术
UV紫外线成型技术和SLA立体平版印刷技术比较相似类似，不同的是它利用UV紫外线照射液态光敏树脂，一层一层由下而上堆栈成型，成型的过程中没有噪音产生，在同类技术中成型的精度最高，通常应用于精度要求高的珠宝和手机外壳等行业。
第三章 基地维修3D打印技术应用现状
基地维修采用的打印技术
基地维修使用的3D打印机是MakerBot Replicator Z18，该打印机所采用的打印技术为FDM熔融层积成型技术，使用PLA（聚乳酸）材料来进行打印，FDM技术的优势在于制造简单，成本低廉，但是桌面级的FDM打印机，由于出料结构简单，难以精确控制出料形态与成型效果，同时温度对于FDM成型效果影响非常大，而桌面级FDM 3D打印机通常都缺乏恒温设备，因此基于FDM的桌面级3D打印机的成品精度通常为0.3mm-0.2mm，少数高端机型能够支持0.1mm层厚，但是受温度影响非常大，成品效果依然不够稳定。
第四章 3D打印技术基地维修应用设想
基地维修应用3D打印技术现状分析
3D打印技术在基地维修应用已近2年，已将其应用到维修用零部件的打印、新设备的研发中，但是，现阶段的应用也有一定的局限性。第一，现使用的3D打印机采用FDM熔融层积成型技术，使用PLA（聚乳酸）材料来进行打印，虽有成本低廉等优势，但是只有少数高端机型能够支持0.1mm层厚，且受温度影响非常大，成品效果依然不够稳定，精度较低；第二，现有产品只能打印塑料件，无法满足对金属零部件的打印需求，有一定的局限性；第三，3D建模人员欠缺，能进行3D建模的人员较少，且建模质量不高。
2. 3D打印技术未来应用设想
根据现3D打印技术应用状况分析及后期业务发展需要，对于一些精密产品的维修，需引入精度更高的3D打印机，以及金属打印机。新技术、新产品的引入依据基地维修发展的速度，选择适当的时机引入，即能满足基地维修的生产需求，也避免了过早引进导致设备闲置的资源浪费。
第五章 总结
3D打印技术经过最近几年的快速发展，已经进入各行各业中，打印技术也日趋成熟，基地维修引入3D打印技术，已能解决生产维修中的部分问题，但是，还有更多的问题的解决需要引入如高精度打印机、金属打印机等。随着基地维修的业务范围的不断扩张，所维修的各类设备对3D打印的需求将会更大，同时，新设备的研发等课题也将借助更加先进的3D打印技术，大幅缩短产品研发周期。未来，3D打印技术将会是助力基地维修快速发展的有力支撑。
参考文献
[1]吴怀宇. 3D打印:三维智能数字化创造(第3版)[M].电子工业出版社. 2017
[2]陶旭译. 图解3D打印:用Autodesk 123D Design和3D打印机自制小物件[M].人民邮电出版社. 2014
[3]赵俐. 3D打印：正在到来的工业革命（第2版）[M].机械工业出版社. 2016
论文作者:张学军
论文发表刊物:《防护工程》2018年第7期
论文发表时间:2018/8/15
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