打印机一体化（共4篇）
打印机一体化 篇1
摘要：随着3D打印技术的日渐普及,3D打印的适用领域也在不断扩大,正逐步从实验室拓展到实际的生产和生活。在这一过程中传统3D打印技术的弊端也开始显露,打印材料成本、产品制造速度以及制造精度等问题日益突显,因此寻求一种新的3D打印方法 ,使传统的数控加工“减材制造”与3D打印“增材制造”统一起来,发挥各自优势,形成“打印—加工”相结合的新型3D打印技术,它将很好的解决制造尺寸、制造速度、制造精度、制造成本等一系列问题,可用于产品在设计阶段的样件试制,还可用于特殊类产品的单件小批量生产,为3D打印的大规模工业化应用奠定了基础。
关键词：3D打印,数控加工,切削,工业化生产
1 引言
自上世纪80 年代以来,3D打印技术以逐步进入人们的视野, 现已发展出选择性激光烧结、熔融沉积、分层实体制造和选择性激光熔化成型等多种形式, 在工业设计、模具制造、航空航天和医疗卫生等领域均有应用[1]。目前3D打印技术已经展现出一种极具成本效益的多次迭代设计方式, 在产品研发的初始阶段, 就获得产品设计的即时反馈信息, 便于发现缺陷并及时修改, 不仅有助于降低成本, 而且能缩短产品的上市时间, 对于在产品研发阶段采用3D打印技术的企业来说, 无疑具有明显的竞争优势[2]。
欧美发达国家高度重视3D打印技术的发展, 奥巴马政府视人工智能、3D打印、机器人为重振美国制造业的三大支柱, 其中3D打印是第一个得到政府扶持的产业,并且在航空航天装备制造、生物医学等多技术领域领跑全球。在国内, 众多的研发机构和企业也积极参与3D打印设备的研发, 但总体技术水平落后于欧美。政府部门对3D打印的政策支持力度也不断加大,科技部公布的《国家高技术研究发展计划(863 计划)、国家科技支撑计划制造领域2014 年度备选项目征集指南》, 首次将3D打印产业纳入其中, 工信部联合发改委、财政部也出台了《国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016)》的通知, 这一举措也为我国3D打印技术的发展指明了方向。
但在传统的3D打印过程中, 仅有靠单一的打印方式完成最终产品的制造, 大大增加了打印的难度, 导致次品率较高。而在制造行业中, 仍然是依靠切削加工方式获得高精度和高质量的产品, 以数控机床为代表的减材制造装备正不断挑战着复杂、精密类零件的制造极限, 因此可将数控加工技术引入3D打印领域, 形成3D打印与数控加工相结合的产品制造方式, 采取“打印—加工”模式不仅可以降低3D打印的制造难度, 更能大幅提高产品的制造速度。
2 传统3D打印的一般流程[3]
利用传统3D打印技术制造一件产品, 通常要经过三维建模、分层处理、叠加打印和后期处理四个步骤。
(1) 三维建模
一方面可以利用Pro/E、UG、Solid Wroks、3DMAX等软件, 通过三维建模的方式设计出所需的3D模型,另一方面还可利用三坐标测量仪或3D扫描仪, 获取目标对象的三维数据, 并且以采集到的数字化点云为基础逆向生成相应的三维模型[4]。
(2) 分层处理
通常3D打印机并不能直接读取三维模型, 这一过程需要由专门的分层软件来完成, 它将三维模型根据实际需要切分成一层层的切片。切片的厚度与打印速度和打印质量有着密切的联系, 一般来讲切片越厚则打印时间越短, 单产品越粗糙, 越薄则打印产品越精细, 耗费的时间也相对较长。
(3) 叠加打印
由打印机将打印材料逐层喷涂或熔结到三维空间中, 虽然不同类型3D打印机的工作原理的不同, 产品实现方式也有很多种, 但其基本原理无外乎先分层制造再逐层叠加。根据模型大小、复杂程度、打印材质和制作工艺的不同,这一过程需要耗时几分钟到数天不等[5]。
(4) 后期处理
由3D打印直接获得的产品的表面难免会有飞边、毛刺或是较为粗糙的截面, 这就需要对打印出的产品进行后期处理。如打磨、修整、抛光、剥离、喷涂、固化、上色等加工过程。这些处理会使产品的美观性和功能性显著提升, 从而达到最佳的制作效果。
3 熔融沉积式3D打印方法的特点
长期以来3D打印一直受到打印材料的制约, 在国内PP形式与SLA形式的3D打印机的打印耗材成本在1 万元/kg, 昂贵的打印耗材成本使得很多用户望而却步, 这也严重影响了3D打印技术的应用和普及。但熔融沉积式3D打印技术恰好弥补了这一缺陷, 这种类型的3D打印材料价格一般不超过200 元/kg(PLA材料),若采用ABS或PA66 材料则打印成本会更低, 价格在50 元/kg左右。因此, 低廉的使用成本也使得熔融沉积式3D打印机越来越受到人们的关注, 也最有可能首先投放到人们的生产和生活之中。
熔融沉积式3D打印技术通常是先把塑料类的打印材料进行加热熔化, 再从打印喷嘴处以丝状挤出, 按照分层后零件每一层的预定轨迹, 以适当的速率进行熔体沉积打印, 每完成一层, 打印喷头会相对于工作台提升一个打印层高, 进行新一层的叠加打印, 如此反复最终实现所需产品的沉积成型[6]。
采用熔融沉积型式进行产品打印, 由于采用塑料类的打印材料, 材料的配比和性能很好改变, 更加适合灵活多变的打印用途, 此外其低廉的耗材成本和较高的材料利用率也是其他打印方式无法比拟的。但是熔融沉积式3D打印的缺点在于制造精度较低, 不易制造复杂类悬臂零件, 并且加工产品的表面质量不佳。一方面是由于打印层高是由打印喷头出丝的直径决定, 通常最小出丝直径在0.1 ~ 0.4mm之间, 另一方面该打印方式是将塑料类打印材料经熔化后再凝固, 这就使得打印得到的产品存在有一定的内部应力, 从而导致产品质量大大下降,难以用于精度较高产品的制造。因此, 目前该制造方式只适合于中等复杂程度的概念类产品建模和特殊类产品的外状及功能测试, 还不能应用于大型零部件的生产。
4 “打印—切削”联动式3D打印模式
传统熔融沉积式3D打印机存在制造速度慢、产品尺寸小、打印精度低、表面质量差、后续处理复杂等问题,究其原因一方面在于打印喷头的出丝尺寸直接影响到产品的打印精度。按照传统3D打印的理念, 为保证产品的尺寸精度就必须要缩小打印喷头的直径, 而喷头的最小出丝直径决定了被打印工件的精度, 若打印喷头的直径为0.1mm,则工件的最小打印精度也在0.1mm左右。此外在逐层打印过程中,各层之间也会产生分层和纹理,同时过小的打印喷头直径将影响产品的打印速度, 使打印时间延长, 所以这种打印方法仅适合中小型零件的加工, 不宜用于大尺寸工件的制造; 另一方面, 在铸造生产中, 将液态金属导入铸模之后, 随着金属的冷却凝固,铸件难免会发生收缩和变形。而在熔融沉积式3D打印过程中也面临类似的问题, 打印材料由从融化挤出到凝固成型, 材料状态变化引起的收缩导致打印工件内部应力的产生, 进而使得被打印工件发生变形, 并且打印工件越大变形问题越严重。
因此, 传统的打印模式已经严重制约了3D打印技术的发展, 速度慢、尺寸小、精度低、质量差等一系列问题正影响着3D打印技术向实际生产和生活领域的应用和推广。为解决这一问题, 本课题组创新引入数控加工技术, 将传统的“减材制造”与“增材制造”融合在一起, 研制出一种“打印—加工”相结合的新型3D打印模式( 如图1)。该打印模式将产品的制造过程分为3D打印和数控加工两个部分, 即首先进行产品的3D打印,在打印过程中预留出一定的加工余量, 以便进行后续切削加工; 在打印完成后启动数控加工系统, 利用切削刀具去除打印过程中产生的缺陷, 并完成一些难于打印部位的加工, 使被加工零件满足设计和使用要求。
(1) 3D打印过程
在产品的打印过程中, 为提高打印速度、减少打印时间, 将采用“分级打印技术”。在实施打印时, 首先使用打印熔丝直径较小的打印喷头, 对所打印切片层的外形轮廓进行精细打印, 然后根据实际情况切换成熔丝直径较大的打印喷头, 对所完成轮廓内部进行填充打印, 这种打印方式不仅可以很好的保证打印产品的外观质量, 还可缩短打印时间、大大提高打印效率。
(2) 数控加工过程
在产品打印完成后, 启动数控加工功能, 根据实际需求选取相应的切削刀具, 以切削加工方式去除打印过程中产生的飞边、毛刺、拉丝等缺陷, 还可利用该方式完成一些不易打印位置的加工, 如薄壁结构、平面结构、大跨度悬空结构等。同时还可通过工艺调整, 在打印过程中预留一定的加工余量, 以切削加工方式去除打印过程中产生的变形, 起到降低打印难度, 提高产品质量的目的。
在产品制造过程中, 根据产品的结构特征和实际用途,有针对性的调整打印与加工的顺序, 形成“先打印后加工”、“边打印边加工”、“打印后无加工”等多种产品制造工艺,以柔性、高效的方式完成大尺寸、高精度、复杂型产品的制造。
5 数控加工系统具备特点
(1) 以数控铣削装置为基础
为实现对产品的切削加工功能, 必须在原有3D打印机上加入一套数控加工系统。在传统减材切削加工中,铣削加工的适用范围最广, 它可以加工平面、沟槽、内孔、复杂曲面等, 因此本系统将以数控铣削装置为基础,并配有加工刀库, 以便应对不同的加工需求[7]。
(2) 具有工作位置调整机构
在打印和切削加工过程中, 为避免发生运动干涉,需要引入一套工作位置调整机构, 在打印过程中它将数控加工装置收起, 以保证打印过程的顺利进行, 而在数控加工过程中又要将打印装置调整至合适位置, 避免打印机构对切削加工产生不利影响。
(3) 除屑降温功能
在传统金属切削加工中常用到切屑液。它具有清洗、冷却、润滑、防锈等功能, 实现带走切屑、减小切削阻力、降低切削温度、防止工件烧伤、减少表面粗糙度和提高尺寸精度的目的, 保证了产品的加工质量。在对打印出的塑料类产品进行数控切削加工过程中也需要使用类似切削液的物质, 一方面可以带走切削热量, 降低切削表面的温度, 防止发生粘刀和工件熔化的情况, 另一方面可以带走切屑, 保证加工的顺利进行。结合3D打印工艺的特点, 在此采用压缩空气作为“切削液”, 其具有来源广泛、输送方便、无毒害作用等优点, 适用于3D打印的工作环境。但是压缩空气吹起的切屑会产生无规则的飞溅,飞溅起的切屑除了会影响工作区域的整洁外,还可能粘附在工件的表面, 影响下一步的打印过程, 因此还需要引入一套吸尘装置, 对切削产生的残屑进行回收和储存, 即可保证工作环境的清洁又可保证“打印—加工”过程的顺利进行。
6 应用范围及推广价值
本项目研发的新型熔融沉积式3D打印机适用于装备制造业, 借助“打印—加工”相结合的新型3D打印技术, 将长期处于实验室阶段的3D打印拓展到大规模工业生产, 突破了以往仅能打印中小型工件的局面, 使大型工业产品的3D打印制造为可能。在实际应用过程中, 它可为装备制造类企业提供产品开发阶段的单件、小批量试制, 还可用于特殊类产品的订单化生产。针对目前市场及行业情况, 该3D打印机可首先应用于注塑行业, 它将改变注塑类产品的研发模式, 由传统方式:设计→开模→样品制造→模具修改, 变为新方式: 设计→ 3D打印样品→设计修改→开模。
目前国内大多数注塑类产品在开发阶段仍是以开模具为主, 传统的设计样品的制作过程从开模具到注塑生产大约需要一个月,所需费用高达几万元甚至几十万元,这就大大增加了企业的制造成本和研发周期。而借助这种新型的3D打印技术, 以“打印—加工”相结合的方式直接获取设计样品, 非常适用与大型注塑类产品在开模前的试制, 利用新方式完成一件样品的制作只需3—5天, 所需费用不过几千元, 为企业优化设计、改进工艺创造了有力条件, 进一步实现降低研发成本、缩短设计时间、提高企业的市场竞争优势的目的。
7 结束语
(1) 将数控加工系统与3D打印技术相结合, 形成“打印—加工”新型产品制造方法, 在提高加工质量的同时缩短了制造时间。
(2) 依照“打印—加工”模式的工艺要求, 产品在打印过程中需要预留一定的切削加工余量, 便于在数控加工中进行表面修整和缺陷去除。
(3) 为适应新的产品制造方法, 采取“分级打印”的方法, 通过对打印喷头和供料速度的控制, 分别完成外形轮廓打印和内部填充打印, 提高了打印效率。
(4) 在制造速度、产品质量、打印尺寸三个方面突破了传统3D打印机的局限, 将制造水平提高到工业级,真正实现大型工件的高速、高效生产。
(5) 新型的3D打印机可为装备制造企业提供产品开发阶段的单件、小批量试制, 还可用于特殊类产品的个性化生产。
参考文献
[1]WALTER.P&DAVIES.K.3D printing for artists:research and creative practice[J].Journal of the Norwegian Print Association,2010,(1):12-15.
[2]许廷涛.3D打印技术——产品设计新思维[J].电脑与电信,2012,(9):5-7.
[3]王灿才.3D打印的发展现状分析[J].丝网印刷,2012,(9):37-41.
[4]成思源,周小东,杨雪荣等.基于数字化逆向建模的3D打印实验教学[J].实验技术与管理,2015,(1):30-33.
[5]董宇,佟强.数控系统在3D打印领域中的应用[J].科技创新导报,2015,(3):89.
[6]谢毅.熔融沉积快速成型系统的微型螺杆挤出式双喷头设计与研究[D].华南理工大学,2009.
[7]李精忠.铣削加工稳定性与刀具可靠性研究[D].大连理工大学,2014.
打印机一体化 篇2
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打印机一体化 篇3
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打印机一体化 篇4
丽水市政府采购中心：
根据2006年度复印机、一体机协议供货项目（招标编号：LCZ2005018）招标文件要求，我公司代表所有在本项目下,具有特别授权销售我公司中标产品的各级供货商（名单附后），在协议供货有效期内郑重承诺：
一、我公司保证对各级供货商在协议履行期间的行为（销售、结算、售后服务等）负连带责任，如发现我公司或各级供货商因自身原因违反招标文件或承诺书的有关规定或承诺，报请各级采购办并有权根据招标文件罚则对我公司进行处罚，直至停止我公司或我公司各级供货商政府采购协议供货项目供应商成员资格，情节严重的，列入政府采购不良供应商名单。
二、我公司保证根据招标文件、《浙江省政府采购协议供货制实施办法（试行）》要求及我公司投标文件的承诺，按中标价格（包括单一合同折扣）及时向丽水市各级国家机关、事业单位和社会团体提供高质量的中标产品和服务，且不在《政府采购供货协议书》内容之外，提出任何附加条款。
三、我公司保证本协议中所供货物是2005年1月1日后生产的质量标准按照国家标准、行业标准或制造厂家企业标准确定（ISO9000体系认证等），符合国家环境认证（3C认证等）的复印机、一体机产品。
四、我公司保证所供机型的配置是符合标书要求，且一一对应，如果中标机型更新换代，我公司保证将原中标机型一对一替换为新机型并同时（发布更新通知或媒体广告起计算，不超过两个工作日）向贵方申请更新，新机型的规格配置不低于原中标机型，调整后的优惠率不低于该产品投标时的优惠率。并在价格调整的同时，提供新机型最新基准价证明。如选配件、耗材更新，操作同上。
五、我公司保证在本次招标项目中，我公司的投标产品在同一地方，同一时期的投标报价和优惠率低于其他任何非政府采购或市场平均价格，以及最高级次分销商的批发价。协议供货资格有效期内，如果中标产品基准价发生调整，我公司保证根据基准价的调整而同时（发布调整通知或媒体广告起计算，不超过两个工作日）向贵方申请调整报价，调整后的优惠率不低于该产品投标时的优惠率。并在价格调整的同时，提供中标产品最新基准价证明。如选配件、耗材发生调整，操作同上。
六、我公司保证所提供的基准价均是客观真实的。
七、我公司保证中标产品的质保期在12个月以上，在保修期内免费上门服务，整机免费换货时间为交货后 个月；质保期内（市本级、县城范围内）的故障响应时间为 小时，（其他）故障响应时间为 小时；故障修复时限（市本级、县城范围内）为 小时，（其他）为 小时；备品备件的供应响应时限为 小时，（其他）为 小时。
八、我公司保证各级供货商在供货时按中标合同文本规定内容与全市各级采购单位签订合同书，妥善保管该合同书并按月报送各级采购办及采购中心，并保证按照招标文件的规定，向各级采购办及政府采购中心定期上报我公司当月在本招标项目下的本级行政事业单位销售记录统计表。
九、我公司同意贵方为实施政府采购工作的需要可以在有关网站和相关文件上公布我方中标产品的型号、价格、优惠率以及相关的信息。
十、我公司和所有在本项目下具有我公司特别授权销售我公司中标产品的代理商都知道我们对丽水市市级行政事业单位的供货资格只限于提供我公司在本招标项目下的中标产品。
十一、贵方决定延长协议供货有效期，可通过“丽水政府采购招标网”等相关媒体公示，我公司若在七日内没有提出书面异议，即为接受贵方的要求。此时，我公司及各级供货商缴纳的履约保证金和质量保证金的有效期也相应延长。除此之外，我公司承诺不修改投标文件的其他实质性内容。
本承诺书自我公司签字之日起至协议终止日内有效。
承诺单位：（盖章）