基于快速成型技術(shù)的集成制造及微機械制造研究

摘 要：信息時代的到來對推動機械制造、集成制造等領(lǐng)域的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。以其中快速成型技術(shù)為例，其本身將現(xiàn)代較多先進學科技術(shù)如計算機技術(shù)、電子技術(shù)、光學技術(shù)等融入其中，使微機械制造、集成制造等效率得到大幅度提高，且生產(chǎn)加工質(zhì)量也得到保障。對此，文章將對快速成型技術(shù)的相關(guān)概述、集成制造中的快速成型技術(shù)的應(yīng)用，微機械制造中快速成型技術(shù)的應(yīng)用以及快速成型技術(shù)發(fā)展方向進行探析。

關(guān)鍵詞：快速成型；集成制造；微機械制造；應(yīng)用

前言

作為集現(xiàn)代材料學、激光、CAD以及精密機械于一體的先進技術(shù)，快速成型技術(shù)能夠在短時間內(nèi)完成原型的制造，解決傳統(tǒng)加工制造中生產(chǎn)效率過低、加工質(zhì)量難以保障且形狀復雜工件難以制作等難題。從現(xiàn)行快速成型技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀看，其多集中在微機械、集成制造等領(lǐng)域中，能夠幫助加工制造企業(yè)創(chuàng)造更多的收益。因此，文章對微機械制造、集成制造中快速成型技術(shù)的運用研究，具有十分重要的意義。

1 快速成型技術(shù)的相關(guān)概述

關(guān)于快速成型技術(shù)，其又可稱之為快速原型制造技術(shù)，因其在成型材料的運用上極為不同，所以在成型特點、成型原理等方面存在一定的差異。但從整體看，大多快速成型系統(tǒng)在原理上表現(xiàn)出一定的共性，具體表現(xiàn)在以離散-堆積為成型方式為基礎(chǔ)，對CAD軟件應(yīng)用下所構(gòu)建的模型進行適當修改或轉(zhuǎn)換，這樣原有的三維虛擬表面將會被面片文件所替代。在此基礎(chǔ)上離散化整個虛擬實體，使面片文件形成層片文件形式，并做好檢驗與修整層片工作，使相應(yīng)的數(shù)控加工代碼得以生成。最后，在CAM系統(tǒng)作用下，使所有控制材料能夠按照一定的形式疊加，完成三維實體的構(gòu)建過程。區(qū)別于以往制造工藝，快速成型技術(shù)下，其在特點上表現(xiàn)為：第一，使產(chǎn)品研制周得以縮短。快速成型技術(shù)運用下通常需配合CAD模型的使用，二者能夠進行無縫連接，自CAD模型構(gòu)建直至原型構(gòu)造完成，所耗費的時間極少，使產(chǎn)品生產(chǎn)效率得到極大程度的提高。第二，在成型過程中無需將工裝夾具、模具等引入其中，整個生產(chǎn)制造成本得到降低。在實際制作不同零部件活動中，僅需通過相應(yīng)的軟件便可完成，產(chǎn)品一次成功率較高。第三，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用下使數(shù)據(jù)交換、異地操作等得以完成，用戶可將產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)利用網(wǎng)絡(luò)向制造商傳遞，這樣制造商可直接完成遠程制造過程[1]。

2 集成制造中快速成型技術(shù)的運用

集成制造中快速成型技術(shù)的應(yīng)用多表現(xiàn)在相關(guān)系統(tǒng)開發(fā)方面。在集成制造領(lǐng)域中，該系統(tǒng)能夠使整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)包括設(shè)計、批量生產(chǎn)等得以順利完成。整個集成制造系統(tǒng)中，其以快速成型技術(shù)作為核心，并將三維測量、三維CAD設(shè)置在系統(tǒng)前端，而模具技術(shù)則設(shè)置于系統(tǒng)后端。以現(xiàn)行較多如TCL、汽車鈑金件等為例，很大程度頭依托于快速成型集成系統(tǒng)實現(xiàn)。再如模具制造方面，快速成型技術(shù)在應(yīng)用過程中主要表現(xiàn)在直接與間接兩種制模方式上。其中對于間接制模，將快速成型技術(shù)引入其中，主要在模芯制作的基礎(chǔ)上，做好硬模具復制工作，整個復制工序主要以粉末燒結(jié)、電極研磨以及硅橡膠等技術(shù)為主。將快速成型技術(shù)引入其中，無需利用傳統(tǒng)制作中的木模，其可直接構(gòu)造相應(yīng)的原型表面，使金屬模具的生產(chǎn)順利完成。而在直接制模過程中，可通過快速成型技術(shù)的運用完成不同材料的模具的制作過程。如較多非金屬材料，在該技術(shù)幫助下所生成的模具具有較強的熱穩(wěn)定性、機械強度等。以LOM技術(shù)下構(gòu)造的原型為例，其即使在溫度為200℃的環(huán)境下仍可保持較高的硬度。由于快速成型技術(shù)運用下在模具中有部分熔點低的金屬融入，所以整個模具在使用周期上較長，對于大批量生產(chǎn)較為適用[2]。

3 微機械制造中快速成型技術(shù)的運用

所謂微機械，其主要指最小長度為10um、1cm3為尺寸、結(jié)構(gòu)集成度高且能夠利用計算機進行控制的機械。相比普通機械，微機械在實際制造過程中應(yīng)保證具有較大的加工自由度與較高的加工分辨率，且自身尺寸應(yīng)該較小，整體加工難度極高。尤其需注意微機械加工中的分辨率，其不僅包括成型過程中的分辨率，且需注意掃描中的分辨率。通常成型分辨率可理解為成型中的最小單位，而掃描分辨率側(cè)重于對掃描最小距離的描述。

文章在研究微機械制造過程中，主要選取液態(tài)樹脂光固化為例，其以快速成型技術(shù)為依托，對提升微機械制造效率與生產(chǎn)質(zhì)量可起到明顯的作用。從微機械光成型技術(shù)應(yīng)用特征看，其具體表現(xiàn)在：（1）點固化單元方面，其能夠直接對應(yīng)機械加工分辨率，使分辨率的提高得到保障；（2）切片工藝。微機械制造過程中無需采取間歇性的切片方法，可采取直接切片形式，對解決傳統(tǒng)STL法應(yīng)用下的誤差問題可起到明顯的改善效果，加上整個切片工序較為簡單，對微機械制造極為適用；（3）約束液面式的引入。快速成型技術(shù)在微機械制造應(yīng)用過程中，能夠利用約束液面式取代以往的自由液面式，使刮平裝置工序被完全省略，塵埃雜質(zhì)、樹脂張力不會對整個系統(tǒng)產(chǎn)生影響；（4）光柵掃面得以改善。快速成型技術(shù)在微光技術(shù)運用下能夠通過掃描工件內(nèi)部完成掃描路徑的確定，無需引入矢量掃描方式，這樣掃描器空回問題將得到解決。除此之外，快速成型技術(shù)應(yīng)用過程中，微機械制造中利用BMP格式替代以往的STL格式，這樣傳統(tǒng)工藝中存在的描述缺陷將得到有效控制，對固化單元精度提升可起到突出的作用。因此，快速成型技術(shù)應(yīng)用下，對微機械制造極為適用[3]。

4 快速成型技術(shù)未來發(fā)展趨勢研究

微機械制造、集成制造中快速成型技術(shù)的應(yīng)用可使成型制造效率得到很大程度的提升，且在產(chǎn)品精度與生產(chǎn)成本等方面都得到保障。從快速成型技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀看，其在未來發(fā)展中仍有較大的空間，可在快速成型的材料、工藝方面進行創(chuàng)新，且成型精度上應(yīng)不斷提高。以成型材料的運用為例，現(xiàn)行微機械制造、集成制造中常用的材料主要以粘結(jié)材料、粉末燒結(jié)或液體聚合等為主，這些材料在成本上極高，為大多企業(yè)材料運用帶來極大的難題，所以快速技術(shù)未來應(yīng)用中需在材料的使用方面進行不斷突破。同樣，在成型工藝方面，未來發(fā)展中需注重工藝運用下能夠提升成型速度與產(chǎn)品質(zhì)量，且確保工藝的應(yīng)用在成本上得到有效控制。另外，在成型精度方面，產(chǎn)生精度誤差的因素多集中在工藝過程、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)控代碼等方面，所以在實際成型過程中應(yīng)不斷對工藝參數(shù)進行優(yōu)化，以此使成型件的精度得到保障[4]。

5 結(jié)束語

快速成型技術(shù)的應(yīng)用是提高微機械、集成制造的生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵所在。實際應(yīng)用快速成型技術(shù)中，應(yīng)正視快速成型技術(shù)的基本內(nèi)涵，確保其在微機械制造、集成制造等方面的應(yīng)用效果得到最大程度發(fā)揮，且注意在未來發(fā)展中做好材料、工藝等方面的創(chuàng)新，以此為企業(yè)帶來給你更多的經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1]張鈞.快速成型技術(shù)在集成制造及微機械制造中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2014，1：128-130.

[2]吳義伯.電熱驅(qū)動的雙向雙穩(wěn)態(tài)微繼電器及其集成制造工藝研究[D].上海交通大學，2011.

[3]婁琳，徐洪波.基于快速成型技術(shù)的陶瓷零件加工制造研究[J].科技信息，2011，4：212+214.

[4]潘海鵬.快速成型集成制造系統(tǒng)的集成方案分析[J].科技資訊，2011，36：58.

作者簡介：葉婷（1983，3-），女，浙江義烏人，工程碩士，講師，主要從事機械工廠方面的研究工作。