建模软件结合3D打印技术对航空维修行业的影响分析

廖加伟 冯锐

摘要：在我国新型飞机研制过程中，3D打印制造技术成为了新手段。对钛合金异型结构就是没有规律和形状的结构件，3D打印技术做起来非常简捷，而且非常快速。所以本文将以笔者自身经验为例，展开讨论3D打印技术目前在生产生活中的應用、建模软件不断进步简化对生产方式带来的变化，并对未来实现3D打印的技术普遍应用做探讨。

关键词：3D打印技术;建模;软件;生产;改进

0  引言

通过3D打印技术能够生产无人机这种高科技含量形状复杂地产品。同样这种及时生产的零件模式应大力应用于我们航空维修业，对比现在我们由于缺件而进行的订购周期时间上将会大大缩短，极大地节约了时间成本[1]。制作减少了开模的环节，模型如果不合适，它的修改和制造成本都能够降到最低，而且零件工具做出来后能极大地提高工作效率。

1  3D打印技术在航空维修中的应用

2015年6月22日报道，俄罗斯技术集团公司以3D打印技术制造出一架无人机样机，重3.8公斤，翼展2.4米，飞行时速可达90至100公里，续航能力1至1.5小时。公司发言人弗拉基米尔·库塔霍夫介绍，公司用两个半月实现了从概念到原型机的飞跃，实际生产耗时仅为31小时，制造成本不到20万卢布（约合3700美元）。

以某航空公司的客舱行李架改装为例：一架飞机需要拆卸所有的行李架，测量行李架安装柱的长度，看是否需要更换。几十上百个行李架，每一个行李架由4个支架固定，一个支架有8个安装柱，这样总共就有几千个安装柱需要测量。如果每一个安装柱都通过游标卡尺来进行测量，虽然工序标准，测量精确，可是效率不高，重复性劳动容易使人产生身体疲劳和厌倦的心理，就容易出现人为差错。我们运用3dcaot软件设计，使用3D打印机做出专用的测量工具极大地提高了工作效率，节约了工时。

再以我们单位机务地外场航线制作一个轴承注油器为例：

对轴承注油需要一只手盛放润滑脂，另一只手拿轴承进行挤压或者拍打，使油脂进入轴承的缝隙进行润滑。手动给一个轴承注油所用时间大概是2到3分钟。手动给一架飞机的六个轴承注油所用时间大概要20分钟。因为连续工作会使人产生疲劳效应，不仅肩和手会产生酸麻的感觉，人员的思想也会疲劳，精力很难集中，警惕性也会降低，工作效率就会逐步降低，再加上之后人员手上油脂的清理以及收尾工作也需要一定时间。我们设计并制造了一种快速轴承注油工具。使用我们制造出来的第三代注油工具给六个轴承注油所用时间总共大概只用一分钟。

我们最初是想做一个可以减少手上的油脂，方便清理，提高工作效率并且方便注油的工具。然后通过观察，发现我们几个分院外场地各个机型都是使用手动注油的方法。之后再收集了一些资料，发现市面上也没有这一类专门的工具。已有的一些汽车注润滑油的工具也是很大型，适用于更大型的轴承而且需要配备专门的空压机才可以工作[2]。于是我们决定设计并制造一款小型、结构简单实用、方便操作的工具并将之完善，便于生产，创造社会价值。

第一次设计图纸是简单地画了一些示意图与制作方进行沟通，发现对方很难理解我们所表达的意思。制作厂家实际所需要的只是零件的加工图，关于零件怎么装配、怎么工作并没有任何意义。

之后我们就回去重画了加工图纸，最早的工具有十几样零件。手绘要加工的零件每一样都是三视图，有的加上剖视图，标注上尺寸这样就做了大量地工作。再送进十几公里远的厂家与对方的技术人员进行交流。因为只是制作实验品，量少，厂方也就不会太优先照顾，期间还有些零件的参数进行了调整、来回多次地进行现场交流。这样做出第一代一套完整地工具前后花了4个月的时间。

第一代实物操作比较费劲，而且手上接触油脂还是比较多，注油的速度倒是比较快，但是只能用几次就需要进行油脂补充。在经过实验记录后有许多地方需要进行改进。

在这几个月的时间里我们学习了一些简单的电脑制图知识。我们外场购买了熔融沉积快速成型和光固化成型两种3D打印机，并且在第二次设计时采用了电脑软件的方法进行设计，利用3D打印机进行模具的制作，极大地提高了工具制作的速度。这样我们通过UG，3dmax，3dcoat等模型软件设计出模型，运用mesh mixer软件来给模型加上支撑，通过kisslicer软件对模型进行切片。就在本单位地外场使用3D打印机做出工具模型，打磨，修改，进行实验。实验后收集数据对模型进行优化，再重复这几个步骤进行完善。就这样在一个多月的时间里我们进行了几次修改，做出了效果较好地承注油工具。最后再使用CAD软件进行制图，尺寸标注，通过厂家的机械加工做出金属的工具，表面处理，使之应用于工作中。通过注油工具使注入的油脂均匀地通过轴承每一个孔洞，能够达到完美注油的效果。避免了注油不均的隐患，而且极大地提高了给轴承注油工作的效率。使得注油程序变得有数据支撑，使之量化避免了人的主观错误，填补此项工作的空白。将来如果能够推广使之大量应用于各类机型，将给社会创造一定的经济价值。

通过两个事例可以直观地对比：假如只用手绘三视图的话，来来回回地跑工厂和对方进行沟通，然后制作出实例，然后再回到单位进行数据采集。这样每一次都要重新进行绘图，工作量极大，这样工作者可能就会嫌麻烦，不会产生制作工具这种意愿。使用电脑软件建模，然后再3D打印，可以节省很多的中间环节，快速地制造所需要地零件或者工具。有部件需要修改时也是十分方便，可以大大提高工作者的积极性。

2  建模软件的进步结合3D打印技术未来对生活的改变

以auto CAD软件制作齿轮为例：要制作一个齿轮需要先做一个齿轮大小的外切圆，再做一个内切圆，计算出多少个齿轮，每个齿轮所占的角度，然后画出角度的辅助线，再通过辅助线画两个线段做出一个齿，这几步方法与手绘基本相同，再通过环形阵列得到一个齿轮平面再闭合线段组成一个整体。再拉升齿轮的高度最终得到齿轮，如果要做斜齿轮就更加复杂一些。这样得到一个三维的齿轮，可以显示和打印齿轮的三视图或者剖面图，相比手绘图只用做一个俯视图再进行拉升就可以得到齿轮，并且用途多样，同时可以保存图形，导入或者导出到相关的图形中进行多次使用，使得效率大大提升。

而现在的3dcoat建模软件可以直接建模基本体：齿轮。设置好齿轮的参数（高度、半径、孔半径、齿轮深度、锐度、齿数）就可以直接得到一个齿轮。而且可以设置顶部半径与底部半径。由此可见软件的不断进步极大的提升了我们设计模型的效率，而且入门简单，网上教学视频较多，可以利用工作之余进行学习，现在许多高校只对机械制图这门最基础的科目进行教学，也就是手绘三视图，利用圆规、直尺、角度尺等工具进行绘图。既然有便捷的软件、先进的方法，我们就应该与时俱进学习这些先进的内容。比如现在我们生活中都需要学习煤气炉、电磁炉的使用和注意事项，而不会有人再去学習钻木取火的方法和诀窍，即使学会这些技巧能够让你提升几倍的速度让人几分钟内就能点燃火。因为现在的煤气灶我们只需要一秒钟就能够点火，还可随意调节火焰的大小。

相信将来金属3D打印机的广泛应用能够降低其成本，使之能够应用于各类场所，特别是我们这类小型维修单位地外场。建模软件的不断简化以及近几年不断进步的3D打印技术可以在一定程度上替代传统的修理所车、削、刨等工作，快速便捷地制作出各类零件[3]。对于一个维修单位而言不仅是节省了购买这些设备的资金、场地，而且3D打印属于增材制造，能够节约很多材料。人员的配备也是能精简不少。只需要一位会建模软件和操作机器的工作人员就可以替代以前需要专门技能培训的工人。车工、钳工、刨工都是需要多年专业培养才能够上任的，而且这些工种还有一定的风险性，如果操作不当，就可能对人身体造成严重伤害或者对机械造成损坏并带来严重的后果。

试想一下当下培训一名车、钳或者刨工的专业人员需要最少四年的专业培训，特别是一名经验丰富成熟的工人还需要几年的磨练。与之相对比，一名具有建模能力的人简单地进行金属3D打印机操作培训，就可以在大部分情况下替代车、钳、刨等几类工作人员。这对于以后单位的用工形式、招工范围就会带来很大的变革。如果是配备了金属的3D打印机，建模工作人员有需要的话，在家也能够进行设计，然后传输打印程序到单位上进行打印就可以。在软件越来越简便的将来，甚至不需要特别专业的人员，有一些基础操作的人员就可以经过培训能够胜任工作，当有特别复杂的图形需要设计的时候，还可以外包给专业的设计师进行设计。

3  结束语

所以我们现在也应该未雨绸缪，对未来可能出现的情况进行分析，及早提出应对的方案：在学校开办最新的软件课程，从学校里就培养一部分会最新软件地新型人才。有条件的单位更应该积极接受新事物。将金属3D打印等先进地生产方法应用于生产工作中，从使用中汲取总结经验，使先进生产力服务于生产，不断地提高效率。

参考文献：

[1]李菊，刘洋.基于3DMAX和AutoCAD技术的建筑三维建模研究[J].自动化与仪器仪表，2016（5）：185-186.

[2]吴芬芬.3D打印物体的稳定平衡优化[D].中国科学技术大学，2016.

[3]刘弋潞，陈忻，周子凡，等.基于3D打印技术的化工建模实践基地建设[J].广州化工，2019（4）.