扈航

摘要：科学技术是第一生产力，伴随技术发展和创新，新时期涌现出很多优秀技术和工艺，在数控机床方面，作为加工生产中的重要设备，长期使用不可避免的出现磨损、老化，浪费资源，增加设备维护成本。3D技术经过长期发展和改进，已经逐渐趋于成熟，可以借助金属粉末实现产品一次性打印，具体原理是通过数控机床加工期间产生的废料回收再利用，然后3D打印加工出强度低的部件，但是此项技术无法实现高强度金属零件生产，推动二者的一体化制造发展，可以大大降低生产加工期间所产生的损耗，提升生产效率，推动工业转型升级发展。本文就数控机床与3D打印一体化制造发展分析，有助于推动技术创新变革，为工业现代化转型发展做出更大的贡献。

关键词：3D打印;数控机床;一体化制造;资源利用

0  引言

我国是一个制造业大国，在经济发展中占比较大，长期发展中越来越多先进技术涌现，并在工业化生产中广泛应用，尤其是数控机床的产生，促使加工生产效率大大提升，但同时也出现了不同程度的资源损耗以及废弃物，污染环境。而3D打印技术可以回收利用数控机床生产中的废屑进行低强度产品打印，推动数控机床与3D打印一体化发展，可以充分发挥二者优势，整合资源优势，减少能源损耗和加工成本，推动制造业更高层次发展。

1  数控机床与3D打印概述

1.1 概念

数控机床是伴随电子技术发展而涌现，可以实现信息自动化处理、数据处理，为自动化技术发展带来了新的空间。基于数字化信号控制机床加工过程，可以代替人工操作，减少人工劳动强度，加快制造进度和效率。3D打印技术主要是在计算机三维设计模型基础上，软件分层离散与数控成型系统，并借助热熔喷嘴与激光束技术，可以使塑料、陶瓷粉末和金属粉末等材料黏结堆积，加工制造后出实体产品[1]。

1.2 二者区别

数控机床主要是切削加工，将毛坯从整料逐渐切削多余材料，减法形式进行产品加工，得到加工要求的产品形状。但是，此种技术在材料加工过程中资源损耗较大，金属切削功率仅有25%左右，资源利用率不高。这种方式除了浪费资源以外，还会增加切削时间，如果提升材料利用率，每年至少可以减少钢材十几万吨的浪费[2]。

3D打印可以依托于添加式生产方式将产品形状打印出来，通过计算机系统设计技术进行一系列数字切片，信息传输到3D打印机后，连续薄型层面堆叠，最后形成固体形状的产品。而3D打印技术尽管资源利用率较高，但是还不完善，存在很大局限性，部分强度大的金属部件无法借助3D打印生产，飞机引擎内部性能要求较高的零件也无法使用此种技术加工制造，精度控制远远不如数控机床。

2   数控机床与3D打印技术的应用场景

传统加工方式资源消耗较大，并且会产生不同程度的环境污染，在可持续发展背景下，应力求一种新式加工方式改善其中不足。3D打印技术的实际应用，优化生产线，可以实现废屑材料的回收利用，减少生产成本，包括人工成本，铸模材料成本与时间成本等。同时，精简机械加工与模具制作的繁琐流程，产品制造周期缩短，生产效率自然大幅度提升。

當前3D技术还处于发展阶段，技术存在一定局限性，难以大范围应用。推动数控机床与3D打印一体化制造应用，更多的是应用在装备制造行业领域，这一行业资源消耗量较大，一体化制造模式充分契合可持续发展要求，渗透绿色节能理念到实处，推动现代制造行业健康持续发展。

3  数控机床与3D打印一体化制造方式

3.1 数控机床生产流程

以往的加工生产工艺，主要是对原材料切削、锻打和弯曲等一系列工艺，制造多种元件组装成产品，具体流程包括铁熔炼，浇筑成型、毛坯料、运输、切削加工（锻造加工）、整合组装，最终形成工业产品，生产加工过程中的废料统一收集运输，回收加工。

3.2 数控机床与3D打印一体化制造过程

推动数控机床与3D打印一体化制造，充分发挥两种技术优势，结合不同加工要求和加工强度选择合适的加工形式，实现产品的加工制造。对于强度要求高的，可以选择数控机床加工，强度偏低的使用3D打印技术进行生产制造，实现资源有机整合[3]。一体化加工生产优势突出，可以减少很多繁琐流程，实现加工原料资源的高效配置利用，减少材料和人力损耗。

3.3 数控机床与3D打印一体化制造加工方式

数控机床与3D打印一体化制造加工中，相较于传统的加工制造方式而言优势更加突出，是一种减材加工与现代增材加工结合方式，强度高的产品可以选择减材方式加工，而减材加工过程中产生的材料回收利用，通过增材方式加工生产强度要求不高的产品。具体流程包括：①数控机床对强度高的零件初步加工;②金属粉碎器加工后产生的废屑，加工为粉末回收利用;③将金属粉末导入3D打印加工零件;④最后组装制造成工业产品[4]。

通过上述流程，推行一体化制造加工方式，可以满足不同强度要求的产品加工制造需求，并且实现加工生产的粉末回收利用，获取最大化的回报。

4  未来数控机床与3D打印一体化制造的意义

未来技术将不断发展和创新，数控机床与3D打印一体化制造发展，可以充分整合两种技术的优势，改善传统技术不足，实现资源高效利用和整合，提升加工生产效率，在未来必将得到广泛应用[5]。人类最初在加工物品时就采用减法，切削方式处理外形，达到所需要的规格。而发展到今天，科技飞快进步和发展，数控机床技术不断创新，加工效率和质量大大提升，但也出现了不同程度的资源损耗[6]。推动数控机床与3D打印技术结合发展，发挥减材和增材加工制造技术优势，优化传统制造流程，减少生产时间和成本，对于未来制造业健康持续发展意义深远。

5  结论

综上所述，数控机床与3D打印一体化制造发展，是未来制造业发展的主要趋势，可以有效改善传统加工制造技术的不足。根据产品加工需要选择不同的加工方式，在整合资源的同时，减少资源损耗与环境污染，实现资源最大化利用，将生产成本降到最低同时，创造更大的经济效益。

参考文献：

[1]牛璞.数控机床与打印的一体化制造研究[J].价值工程，2020，39（07）：246-247.

[2]金科杰.基于绿色3D打印技术的微型数控机床制作[J].轻工科技，2019，35（11）：74-75.

[3]梁宇明.3D打印技术在机床设备维护中的应用研究[J].决策探索（中），2019，12（08）：54-55.

[4]张笑语，方辉，邹来胜，陈奕成，黄小林.桌面型铣-3D打印复合机床重复定位精度检测[J].机械工程与自动化，2018，31（01）：145-147.

[5]黄小林，方辉，袁婷婷，张笑语，邹来胜.桌面型车-3D打印复合数控机床的设计与构建[J].机电产品开发与创新，2017，30（04）：162-164.

[6]陆天龙，马泽飞，王睿鹏，向楠，刘栋.切片机CAD/CAE/CAM一体化设计及3D打印技术的应用[J].科技传播，2016，8（12）：118，122.