復雜陶瓷衛生潔具新產品開發的數字化方法

摘 要 本文介紹了應用無模砂型快速制造技術開發復雜陶瓷衛生潔具新產品的方法，該技術具有生產周期短、效率高、成本低等特點，為復雜陶瓷衛生潔具的產品開發提供了一個嶄新的方向。

關鍵詞 無模砂型快速制造技術，復雜陶瓷衛生潔具，新產品開發

1引言

經過近20年的發展，我國已成為世界上最大的衛生潔具生產大國，衛生陶瓷產品開始大量出口到國際市場，而且增長勢頭繼續看好，形勢十分喜人。2005年，衛生潔具產量達1億件，其中出口達3700萬件，出口增幅30％左右，全年出口額達16億美金。在2006年乃至以后的幾年內，面臨國際市場不斷變化的新需求，陶瓷衛生潔具新產品開發將呈現出抗菌、豪華、品種多樣化、綜合功能要求高和色彩強烈等特點，但目前的傳統工藝開發新產品的過程，由于周期過長已經遠遠不能滿足市場的需求，而快速成形技術的應用將為陶瓷衛生潔具新產品開發提供一個工藝的重大創新。

2復雜陶瓷衛生潔具新產品的開發

從圖1中可以看到，手工操作貫穿復雜陶瓷衛生潔具產品的傳統開發過程，這就不可避免地會出現開發周期長、生產效率低、材料浪費等問題；另外，傳統工藝對工人技能水平要求較高，而且勞動強度也很大。

復雜陶瓷衛生潔具新產品開發的主要瓶頸是開發周期過長。一個新產品必須要沖水試驗達到要求（沖水量<6L），才能定型生產。所以，能夠直接制作出可以進行沖水試驗的潔具原型是解決問題的關鍵。佛山市峰華自動成形裝備有限公司利用無模快速制造設備作了大量的工作，并取得了實質性的突破——研發出可沖水的數字化無模砂型快速制造潔具的技術和工藝。

圖2給出的是無模砂型快速制造工藝原理示意圖，從圖2可以看出其基本原理是：利用RP技術的離散/堆積成形原理，采用輪廓掃描、噴射、固化工藝，實現砂型的快速直接成形，故稱為無模砂型快速制造技術[1]。該技術大大縮短了制造時間，提高了潔具的尺寸精度，降低了制造成本，為快速成形技術開拓了新的應用領域。

“無模砂型快速制造技術”是將CAD計算機繪圖、快速成形技術與傳統樹脂砂工藝有機結合而設計開發出的一種數字化制造的綜合技術。它利用快速成形技術的離散/堆積成形原理，進行了工藝和結構的創新而開發出擁有自主知識產權的一種先進的數控加工技術與裝備[2]。針對復雜陶瓷衛生潔具新產品開發的瓶頸和難點，并且根據“無模砂型快速制造技術”的特點將研究分兩部分展開，從而使復雜陶瓷衛生潔具新產品開發又快又好又省。具體方案如下：

（1） 根據三維模型制作衛生潔具砂制原型進行功能檢驗

這個過程的主要目的是功能檢驗，所有用砂制作的潔具原型必須能夠做沖水試驗，這就要求砂型不但能夠防止滲水，而且流道表面要很光滑，具體的流程如圖3所示。

采用這種工藝方法，三維模型完成后一周內可以把復雜衛生潔具的砂制原型做出來進行功能檢驗；如果效果不理想，可在計算機上修改三維模型，再過一周時間又可以做出新的原型進行功能檢驗，開發周期大大縮短，而且材料成本比傳統方法大大降低。

（2） 根據放尺后的三維模型制作砂制原胎模型并用來翻石膏試驗工作模型

按照傳統經驗，原胎模型必須比實際產品的尺寸大11%～12%，這樣才能保證注漿燒成的產品符合設計要求，具體細節的處理還需要長期實踐經驗的積累。用PCM設備造型而成的砂型原胎模型形狀準確，精度很高，有效地避免了人工操作帶來的種種缺陷，同時也大大降低了工人的勞動強度。

PCM設備是峰華公司和清華大學快速成形中心聯合開發的具有自主知識產權的國內首創的一種快速成形設備，主要應用于模具、鑄造等方面，在陶瓷衛生潔具新產品開發上的應用是一個新的拓展，將大大提高國內陶瓷潔具行業的整體水平和競爭力。

由于砂型和石膏材料屬性完全不同，導致表面處理的工藝和方法有天壤之別。經過不斷地摸索和實踐，目前已經形成了成熟的后處理工藝技術，在打磨、提高砂制原胎模型的強度、表面光滑處理等各個環節采取了有效措施，保證了砂制原胎模型順利進入下一環節——翻制試驗石膏工作模型。

無模砂型快速制造技術制作復雜潔具新產品的流程圖如圖4所示。

石膏工作模型注漿燒成的樣品不但要再次驗證沖水效果，而且需對樣品的美觀度、強度等方面作全面的評價，從而確定這個新產品是否達到市場要求，然后進入批量生產。如果功能檢驗效果不夠好，可以根據實際情況對石膏試驗工作模型進行少量修改，再檢驗，直至達到要求（沖水檢驗已經在第一步驟中通過，所以不會出現大問題）。這時，再翻樹脂模型進行批量生產。

無模砂型快速制造工藝技術與傳統陶瓷衛生潔具工藝技術的對比如表所示。

從表中可以看出，無模砂型快速制造工藝技術與傳統的陶瓷潔具生產工藝技術相比，存在眾多的優越性，而且能夠迅速促進三維設計在陶瓷行業的推廣及應用，前景良好。

3結 束 語

無模砂型快速制造工藝技術可使給客戶提供樣品的時間大大縮短、對外接訂貨更容易。目前該技術已經申請了相關的發明專利。

參考文獻

1 楊偉東.快速原型技術-無模鑄型制造工藝[J].金屬工業，2005，4

2 石明寬，金 楓等.無模鑄型快速制造技術在我公司新產品開發中的應用.廣東省鑄造·壓鑄新技術交流會論文集[C].2006，9