计算机3D打印技术对警用特殊配件制作影响浅析

[摘 要]3D打印技术，一项糅合了计算机与模具成形等多种应用科学相结合的尖端技术，其出现改变了传统企业的生产加工模式。本文围绕公安信息化建设，从警用特殊配件制作存在的问题和实际需要出发，结合自身工作经验，在介绍3D打印技术的基本原理的同时，将其与传统设备进行了各个方面的比较，重点就3D打印技术在警用特殊配件信息化的作用和意义进行了探讨，提出了引进和运用3D打印技术提升警用特殊配件制作水平的构想。

[关键词]3D打印；配件制作；计算机信息化

中图分类号：TP334.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）05-0251-01

一、引言

3D打印技术，又称“快速成形技术 （Rapid Prototype）”。这种集分层制造、机械工程、数控技术、计算机辅助设计（CAD①）、材料工程、逆向工程等科学一身的技术，能够直接、自动、精确地设定的物品和零件。如果说传统切削型设备（如车床、铣床、刨床等）运用的是“减材制造”，那么3D打印设备则是“增材制造”。目前，3D打印技术逐渐在建筑、医学模型、玩具、日用品等行业的模具制作得到应用。

二、3D打印技术的基本原理

简单地说，3D打印的基本原理就是“叠层制造”：设计人员首先通过计算机软件制作出配件的3D模型图纸文件，然后打印机根据文件描述的配件形状，由打印头提供粘合材料（粉末状金属或塑料等），每次制作一个微米级厚度和特定形状的截面，逐层堆积粘结起来就制作出所需要的立体配件。整个打印机就像一个数学上连续截面的“积分”过程。

三、3D打印技术分类

在成型技术上，3D打印主要分为：

FDM（Fused Deposition Modeling熔融层积成型）；

LOM（Laminated Object Manufacturing叠层制造）；

SLA（Stereo-Lithography立体平版印刷）；

SLS（Selective Laser Sintering选区激光烧结）。

四、警用特殊配件制作现状分析

在实际工作中，警方为了完成任务的需要，常常要自行制作一些具有特殊功能的“配件”，如支架、支座、套筒等。

1、警用特殊配件的特点

警用特殊配件与其他行业的零配件相比具有以下特点：

1）配件的独特性。很多配件都是针对特定现场环境和特定设备来设计和制作的，加上不同人对配件设计思路的差异，因此在外形、尺寸和功能呈现独特性，一般在社会上难以找到完全相同或类似的零配件。

2）配件的产量少。由于配件的独特性，加上需求量小，因此配件产量不多。

3）配件的尺寸小。由于需要与其他警用装备相配合，加上使用空间所限，这些配件尺寸一般较小。

2、警用特殊配件制作水平现状

目前，警用特殊配件制作基本沿用“人手测绘+机械加工”的传统模式：除个别有条件的单位配置数码自动车床之外，很多单位用于制作特殊配件的设备仍以普通车床（指刃具运动需要人手操作的车床）为主。模式和设备决定了JZ配件制作的现状：

1）配件一次性成型能力低。普通车床受自身性能的限制，除了表面形状简单的配件（如圆柱体、立方体）之外，对于形状特殊（如球体、多面体）和结构复杂的配件无法一次性成形，实际操作中只能把大配件分解成为多个小配件，分别制作后再组合。那些无法在车床上制作的配件还要依赖人手制作。

2）配件制作流程自动化程度低

传统的普通车床必须要人手控制刃具对配件往复切削，同时要避免刃具切削偏差造成配件作废，因此整个过程都离不开人员操作和看护，配件制作过程智能化、自动化程度低。

3）计算机辅助设计应用率低

一是传统机械车床加工能力有限，只能制作一些外形和结构比较简单的配件，例如上面提到的圆柱体、立方体或者长方体，设计人员在只需“手描笔画”即可完成配件草图，计算机辅助设计软件难以发挥作用；

二是普通车床是手动操作，无法实现数控自动化，计算机辅助设计的作用被大大削弱，也降低了设计人员的积极性和创造热情。

五、3D打印技术对警用特殊配件制作的影响

1、与传统设备的比较

与警用特殊配件制作所使用的传统设备相比，3D打印设备具有以下突出的技术特点：

1）能制作复杂配件

传统设备如普通车床、数码车床，是以金属刃具对材料进行切削来实现配件成形，相当于“减法”，受自身技术条件（如刃具尺寸、刃具行走轨道等）所限，存在制作“死角”，难以制作出JZ工作中对结构和表面有特殊要求的配件，如内部中空的壳体、细小的突起或凹陷等等。

2）制作流程自动化高

通过计算机3D制模软件设计好的3D图纸文件（常见后缀为*.STL），将文件输入3D打印设备，即会自动打印出对应配件。整个打印过程可由设备自行独立完成，基本不需要人手干预，制作人员可在打印的同时进行其他工作，工作效率得到提高。

3）配件制作精度高

目前的3D打印技术下，配件工艺精度可达微米级。以国外的MakerBot Replicator ReplicatorReplicatorReplicator2 打印设备为例，打印头的定位精度为：Z轴2.5微米，X轴和Y轴为11微米，可以实现每次0.1mm的逐层打印，配件表面精细度可达到100微米层的分辨率（类似于普通复印纸的精度）。

4）打印设备轻便化

轻便性，是3D打印设备相比于传统设备的显著特点。传统的机械车床、数码车床，重量动辄几百公斤乃至上吨，而且占用空间大。相比之下，3D打印机的尺寸和重量与传统设备相去甚远：以上述MakerBot Replicator ReplicatorReplicatorReplicator2 打印机为例，设备净重为11.5KG，体积为长490X宽320X高380mm，大小与一般激光喷墨打印机类似，适合办公室环境下使用，搬运移动较为方便。

2、对警用特殊配件制作的信息化意义

3D打印技术的引进和应用，能够极大地提升警用特殊配件制作的计算机信息化程度。

1）实现配件设计方案数字化2）实现配件设计方案资源共享3）实现配件制作控制信息化4）提高配件设计人员的计算机信息化水平

3、警用特殊典型配件类型

从目前警用特殊配件的应用实际来分析，3D打印设备有望在以下典型配件制作上发挥独特作用：

1）警用器材的载体（外壳）

以制作一个长方体的中空型载体（外壳）为例，传统制作流程需要经过锯、铣、钻、锉等多项工序，使用包括机械车床、钻台等多种设备和工具，需要消耗工时在8小时以上。相比之下，3D打印设备则可以自动独立完成配件，并在配件内部精确地形成所需的中空间隔，工作效率更高。

2）警用器材的定位件

定位件主要用于精确固定警用器材的位置。应用3D打印技术，只需设计出3D图纸，就能够在3D打印设备上快速制作出定位件。加上一般定位件尺寸较小，对于强度要求不高的定位件，使用3D打印设备来进行小批量的制作则更为方便。

3）仿制物品

可以利用3D扫描仪对原物进行扫描，生成3D图纸后再根据工作需要进行修改。

六、总结

随着计算机、高分子技术等学科的不断进步，3D打印技术必将逐步成熟，功能也会不断强大。在警用特殊配件制作中引进和应用3D打印技术，有望在技术原理、设计模式和制作能力方面填补传统加工制作设备的空白，激发配件设计和制作人员的积极性，极大地提升警用特殊配件计算机信息化程度，从而在对应层面上提高警方工作效率。

参考文献

[1] 张曼.3D打印技术及其应用发展研究[J].电子世界，2013（7）：7-8.

[2] 温正伟.3D打印机VS雕刻机[J].无线电，2013（10）：27-28.