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3D打印民用雷達電子設(shè)備論文
一、3D打印技術(shù)簡介及現(xiàn)狀
3D打印技術(shù)，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。它無需機械加工或任何模具，就能直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成多樣形狀的零件，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，提高生產(chǎn)率并降低生產(chǎn)成本。在工業(yè)生產(chǎn)中3D打印技術(shù)的應用已衍生到很多領(lǐng)域，裝飾行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、賽車零件、飛機零件以及為個人定制產(chǎn)品等可以用3D軟件刻畫的實體都可以用該技術(shù)制造出來。
3D打印快速成型技術(shù)，已經(jīng)出現(xiàn)幾十年，在生產(chǎn)制造領(lǐng)域的應用研究已經(jīng)取得了一些進度，3D打印金屬的性能在某些領(lǐng)域已經(jīng)接近甚至超越傳統(tǒng)的常規(guī)加工。從材料角度講，傳統(tǒng)常規(guī)工藝采用原始的液體、固體、粉末等材料，材料本身無特殊處理;而3D打印使用的金屬粉末材料，是經(jīng)過特殊處理的，加入了更多成分元素，已經(jīng)具有了屈伸強度、拉伸強度、延伸率、楊氏模量、硬度、斷裂拉伸界點、熱膨脹系數(shù)、彈性模數(shù)、熔度范圍、耐腐蝕性、粘合強度等幾十項指標。而此類材料的性能是經(jīng)過研究、測試、引用，已經(jīng)證明是符合結(jié)構(gòu)件的需求。
目前3D打印技術(shù)雖然可應用領(lǐng)域廣泛，但其也有自身的局限性，主要體現(xiàn)在加工材料上，目前打印材料主要是塑料、樹脂和金屬，骨骼等有機原料的研究也正在進行并有了初步成果。受材料限制，3D 打印最初的應用局限在建模和工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域。但如今，3D 打印技術(shù)逐漸開始被用于生產(chǎn)環(huán)節(jié)，可定制個性化造型的各種產(chǎn)品，它適用于小批量加工，由于不需要模具，對產(chǎn)品的修改不會增加額外成本，只需修改設(shè)計圖即可。這也意味著，小批量個性化定制的成本被降低。未來，定制個性化的家具、食品、工藝品等商品將變得更加劃算。
二、民用雷達電子設(shè)備加工方式及現(xiàn)狀
在電子設(shè)備中，由工程材料按合理的連接方式進行連接，且能安裝電子元器件及機械零部件，使設(shè)備成為一個整體的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，稱為電子設(shè)備結(jié)構(gòu)。目前電子設(shè)備技術(shù)的進一步發(fā)展，組成設(shè)備的元器件越來越多，體積越來越小，使用范圍也趨于廣泛，設(shè)備所處的工作環(huán)境也越來越復雜，對設(shè)備的使用精度和可靠性要求也越來越高。因此，電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)稱為產(chǎn)品研發(fā)的一個重要技術(shù)環(huán)節(jié)。
民用雷達電子設(shè)備主要包括機柜、機箱、插件及盒體，機柜機箱類通常采用的加工方式有鈑金折彎或運用鋁型材進行組合裝配。鈑金折彎的方式靈活多樣，適合單件多品種生產(chǎn)方式，其用料品種少，生產(chǎn)周期短，且成型件的強度與剛度能夠達到使用要求。但由于其外形尺寸的加工公差較大，且對鈑金工的要求較高，因此不宜于批量生產(chǎn)。型材組合的結(jié)構(gòu)形式可采用多種不同斷面形狀的鋁型材通過螺釘在轉(zhuǎn)角處連接組成機箱框架，再加前后面板及左右、上下蓋板組成機箱，其優(yōu)點在于外形尺寸變換方便，適應于多品種及有一定批量的產(chǎn)品。但由于機加工的工作量大，且型材尺寸精度要求高，因此型材加工也具有一定的局限性。
盒體在電子設(shè)備設(shè)計中屬于中小型器件，一般裝配在機箱及機柜內(nèi)，其外形規(guī)整，常用加工材料主要為鋁，盒體內(nèi)常裝配的零件有印制板、連接器、電源板等精密設(shè)備，且裝配精度要求較高，因此在這類盒體加工時需要特別注重加工精度。由于雷達電子設(shè)備的設(shè)計以模塊化為主，設(shè)計的主導思想是自上而下，層層嵌套，所以各種尺寸的盒體在整個雷達電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)總體設(shè)計中占有很大數(shù)量。完成一套電子設(shè)備器件需要經(jīng)過設(shè)計、投產(chǎn)、加工、質(zhì)檢、裝配等一系列過程，這些環(huán)節(jié)層層相扣但相互獨立，不同的環(huán)節(jié)由不同的人員負責，這就要求每個環(huán)節(jié)能夠銜接緊密且相互溝通順暢，但實際加工中往往很難無縫溝通，周期延遲和加工問題會頻頻出現(xiàn)。
三、3D打印與加工中心的優(yōu)勢對比
數(shù)控機床(Numerical Control Machine Tools)是指裝備了計算機數(shù)控系統(tǒng)的機床，簡稱CNC機床或加工中心。它被廣泛應用于各類機械加工領(lǐng)域，其加工精度、強度等指標都能夠達到當今機械加工要求，是較為成熟的一種機械加工方式。與3D打印技術(shù)相比，CNC使用的時間較長，有著更深的技術(shù)積淀，但也同時存在很多問題，從機械加工長遠的發(fā)展角度來看，3D打印技術(shù)如能得到普及，將會是工業(yè)加工生產(chǎn)的一次重要蛻變。
3D打印機以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，采用材料堆疊的方法將模型逐層打印成型，CNC加工則需要預先選擇尺寸合適的材料，以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，對選材進行切削。 從材料利用率來看，3D打印機采用加法的方式，對材料進行逐層堆疊，CNC加工中心則采用減法的形式，對材料進行切削，3D打印的材料利用率更高。從工藝角度出發(fā)，3D打印機可以加工各種優(yōu)美曲面及復雜的工業(yè)造型，并且能夠一次成型，也無需考慮工裝夾具的使用。CNC加工中心加工復雜的工業(yè)造型難度很大，且需要專人設(shè)計，也需使用夾具，大多造型需要分多次才可加工完成。從加工流程來看，3D打印只需導入相應格式的文件，即可完成打印，而CNC則需要專業(yè)編程人員對數(shù)字模型進行編程后將數(shù)字輸入機器中才能完成整個模型的加工。在材料選擇上，3D打印目前選用較多，較成熟的為工程塑料，顏色可多樣化。CNC在用料上有著明顯的優(yōu)勢，以加工金屬原料為主，在材料運用上更勝一籌。
從以上對比中可以得出，3D打印技術(shù)最突出的優(yōu)點是無需機械加工或任何模具，就能直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，三維打印技術(shù)通過摒棄生產(chǎn)線而降低了成本;大幅減少了材料浪費;而且，它還可以制造出傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)無法制造出的外形，讓人們可以更有效地設(shè)計出飛機機翼或熱交換器;另外，在具有良好設(shè)計概念和設(shè)計過程的情況下，三維打印技術(shù)還可以簡化生產(chǎn)制造過程，快速有效又廉價地生產(chǎn)出單個物品。
四、3D打印技術(shù)對民用雷達電子設(shè)備實際生產(chǎn)中的啟示
3D打印技術(shù)在電子設(shè)備設(shè)計中能夠帶來首要的優(yōu)勢就是設(shè)計和制作的協(xié)同合作，電子設(shè)備設(shè)計中設(shè)計師的外觀設(shè)計以及結(jié)構(gòu)設(shè)計的設(shè)計方法，決定了每個模塊都是獨立的，這意味著設(shè)計、制造、材料、維護、采購等不同的環(huán)節(jié)以及人員之間需要相互協(xié)作。在整個設(shè)計和生產(chǎn)過程中設(shè)計師不得不協(xié)同合作，因此返工和拖延時間的事件也時有發(fā)生。
3D打印技術(shù)可在電子設(shè)備設(shè)計中簡化設(shè)計流程，將設(shè)計和制造過程融為一體。電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計的流程一般為輸入—設(shè)計—交流—輸出，設(shè)計與交流階段往往是一個往復的過程，設(shè)計師在輸出產(chǎn)品之前通過模型、圖紙等方式與需求方進行溝通，最終確定設(shè)計方案。接下來就是生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在這個環(huán)節(jié)中，設(shè)計師任然需要提供一定技術(shù)支持，產(chǎn)品加工完成后經(jīng)過質(zhì)量檢驗最終到設(shè)計師手中。通過3D打印的方式在電子設(shè)備設(shè)計中，整個設(shè)計與加工流程可實現(xiàn)同步優(yōu)化，在設(shè)計完成后可以直接將模型文件導入3D打印機內(nèi)，實物很快就能呈現(xiàn)在設(shè)計師面前，這對設(shè)計與加工起到了關(guān)鍵的銜接作用。
在電子設(shè)備產(chǎn)品生產(chǎn)中，成本和效率是重要的因素，盒體加工生產(chǎn)在電子設(shè)備加工生產(chǎn)中占有很大的比例，通常采用加工方式為數(shù)控加工，但由于流程偏長導致其成本偏高，效率偏低。3D打印可在設(shè)計師的辦公室里直接運用，隨用隨打，在設(shè)計研發(fā)初期能夠節(jié)省材料大量節(jié)省成本，大幅度提高生產(chǎn)加工效率，同時也縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期。
因此，隨著3D打印技術(shù)的興起并逐步走向成熟，它所應用的領(lǐng)域會逐步滲透到工業(yè)生產(chǎn)的每個角落。民用雷達電子設(shè)備的加工生產(chǎn)，在不久的將來也一定會受3D打印技術(shù)的影響，實現(xiàn)加工方式和加工效率的改革。
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