快速成型技術在集成制造及數控機械制造中的應用分析

李 建

（常德達門船舶有限公司，常德 415002）

1 快速成型技術原理介紹

快速成型技術是綜合CAD（計算機輔助設計）、CNC（計算機數字控制）和CAM（計算機輔助制造），以及精密伺服驅動和激光、新材料等一系列先進技術，進行產品制造和新產品設計[1-3]。它實現零件成型的原理是離散—堆積，具體過程如圖1所示。首先，使用性能優異的計算機輔助設計軟件設計出零件的模型或三維曲面，然后進行模型轉化，以STL格式輸出（或者其他格式），再按照工藝要求設定一定的厚度，在Z軸或其他方向上對CAD模型切片分層，每一個截面層上都具有二維平面信息；接著進行工藝處理，根據層面信息選擇加工參數，刀具移動軌跡以及數控加工代碼將由系統自動生成；為確保數控代碼不出現錯誤，還需要對加工過程進行仿真；之后在數控裝置的協助下，激光束或者別的工具能夠實現精確運動，運用輪廓掃描的方式，加工出設計好的截面形狀，并鋪上成型材料；繼續加工，直到零件加工完畢。

圖1 快速成型技術原理

2 快速成型技術的工藝流程

圖2是快速成型技術的工藝流程。快速成型技術與傳功的加工方法“去除”不同，它采用的是“增長”的加工方法，是一種全新的加工法，可以實現復雜的三維模型轉變為二維模型的組合[4]。與傳統加工機床和模具相比，快速成型技術采用逐層增料加工的方式，是一種新型的技術交叉學科，相比其他技術手段，更為省時，成本也更低，具有明顯優勢。

圖2 快速成型技術的工藝流程

3 快速成型技術在集成制造及數控機械制造中的應用

3.1 快速成型技術在集成制造中的應用

利用快速成型技術建立快速集成制造系統，不僅能夠快速完成產品設計，還能解決批量生產問題。集成制造系統的核心技術是快速成型技術，綜合了三維CAD、快速制膜和三維測量技術，最終實現集成制造系統的建立。

以磨具制造過程為例。第一，如果采用直接制模技術，也就是按照實際需要，可直接進行不同模具材料的制備，但由于快速成型技術的不斷發展，可用于原型制造的材料逐漸多元化，許多非金屬材料不僅熱穩定性良好，而且機械強度也較高，能直接用于模具制造。比如，LOM成型技術，它所用的紙基原型就具有耐高溫性能好、硬度高的特點，進行表面處理之后，可以使用成型模，成型模包括木模、蠟模或者合金模等多種模板。然后，將成型模具進行燒結、分解，再進行高溫燒結，經過這一系列過程就能制造出合格的金屬模具。這種模具的特點是能夠進行批量化發展。第二，如果是間接制膜，使用快速成型技術，首先完成模芯的制作，然后借助粉末燒結技術、硅橡膠制模技術和金屬噴涂制模技術等，進行硬模具復制。這個過程中，可使用快速成型技術對原型表面進行特殊處理，用來代替木模，最后通過金屬模具澆筑完成制造。

3.2 快速成型技術在數控機械制造中的應用

數控機械制造的基礎是數控技術，零件的制造加工能夠在數控機床上進行。數控機械制造是借助數字信息實現控制道具和零件的移動，最后能夠實現自動化，制造出批量零件。數控系統指令格式是程序按照機械零件的材質，以及零件加工要求編制的，然后機床接收系統發出的指令，進行相關運動或動作，使機械制造實現自動化控制。

在數控機械制造中，快速成型技術的應用非常廣泛且重要。快速成型技術的應用使數控加工代碼能夠順利、準確生成。為連接快速成型技術和數控加工技術，并實現兩種技術的融合，數控加工代碼的編制必不可少。此處以金屬零件制造為例。當前，應用的快速成型技術較多，如DLF技術、SLS技術和SLM技術等，雖然這些技術能夠制造出金屬零件，但金屬零件制造的精度以及光潔度性能往往不高，而且機械性能也相對較差。但將快速成型技術融入數控機械技術，同時兼具快速成型技術的優勢，比如，研發時間短、成本低，以及數控機械制造控制精度優良，從而使金屬零件的制造快速、準確、精度高，且表面光滑、機械強度高。

4 結論

應用快速成型技術能夠使集成制造和數控機械制造向著成本更低、周期更短的方向發展。但目前，快速成型技術還存在一定的不足之處，如材料成本較高，很多材料還依賴國外進口，而且很多技術并不是國內自主研發的，在使用上有一定的限制。因此，需要不斷開發新的材料和工藝，大力發展快速成型技術，從而有效提升金屬零件的制造精度。