現代機械制造業中成型制造技術的應用分析

湯熊

摘要：現代機械制造業在我國具有較高的地位，其是我國經濟發展的的重要支柱。為了使我國的制造業創造出更多的經濟效益，近年來，不少新技術被應用于市場。成型制造技術集機械工程、材料科學、數控技術、計算機技術等大成，可以將已經具有數學幾何模型的設計快速、自動地物化為零件或原型，使這些原型或零件具有一定的結構、功能。文章就成型制造技術在現代機械制造業中的應用進行了綜述。

關鍵詞：現代機械制造業;成型制造技術;應用

0? 引言

中國經濟發展的支柱產業是現代機械制造業，要想促進我國經濟又好、又快發展，必須接軌國際先進的制造技術。進入21世紀后，我國網絡技術、計算機技術、傳感等高新技術得到快速發展，機械制造業基本實現智能化[1]。與此同時，我國引進了成型制造技術等多項國際先進技術，成型制造技術指的是在計算機控制下，使用離散原理或者堆積原理以及不同方法對堆積材料進行處理，使零件成型。其可以降低生產成本，大大提高生產效率，將之應用于我國現代機械制造業中，有利于促進我國制造業快速發展，從而提高經濟實力[2-3]。

1? 成型制造技術的概述

成形制造技術是按照三維建模數據來制造零件的一種現代加工技術，該技術在機械制造業中占據又要地位，可以幫助制造工廠快速、準確地完成產品生產。在使用材料選擇上，成型制造技術沒有局限性，無論是塑料、木質材料，還是金屬材料，都可應用這些材料生產工業產品。除了在材料選擇上占據一定的優勢，成型制造技術在操作效率上也有著驚人的作為，該技術應用于工業生產中不但可以快速、高精確度地制造成品，還可以花費3-4個小時的時間完成大批量成品的制作，對新產品開發或是制造機械零件，都可以快速完成制造。在制作過程中無需借助任何的器械、模具以及工具，這不但能縮短制作與加工時間，而且還能減少加工成本，對提升工廠經濟效益具有一定的幫助。由此可見，無論是生產結構復雜的零件，還是生產高數量的零件，都能應用成型制造技術高效實現生產目標。

2? 成型制造技術的原理和特點

2.1 分層實體制造

將熱熔膠的箔材涂在單面，對零件進行加熱處理，這樣可以將箔材與零件的面粘接在一起，然后能獲取到CAD分層模型的數據信息，再使用激光束對博彩箔材進行切割，設計零件的輪廓凸顯出來后，將之與新的一層箔材相疊加，再通過熱壓裝置的作用，粘合箔材和已經切割的材質，接著再次使用激光束做切割處理，反復以上工藝流程，便能完成整個零件的模型[4]。分層實體制造工藝簡單，不具有較高的加工成本，且具有較強的可靠性，在制造業中運用此工藝，可以提高工作效率。

2.2 光固化立體制造

光敏樹脂是光固化立體造型的原料，光固化立體制造能對計算機的紫外激光進行有效控制，并且將運行軌跡設為零件各分界層面的輪廓，液態樹脂對光敏材料進行逐點掃描，然后再逐漸從點到線、面進行掃描，這樣可以促使掃描區域的樹脂薄層出現聚合反應，零件會逐漸形成薄層截面，當第一層固化后，便要移動升降臺一個層片的厚度，并固定好零件，接著再一次掃描原本已經固定好的樹脂表層，并將新的液態脂覆蓋上去。固定好新的一層樹脂薄層截面后，不斷重復以上流程，直到整個零件制造完畢[5]。光固化立體制造技術的精準度高，將之運用至現代機械制造業中能提高零件的質量，且原材料的使用率高，從某種程度上來說，此技術可以制造出更加復雜、精細的零件。

2.3 選擇性激光燒結

此技術的能量源是二氧化碳激光器，在紅外激光束的使用下，粉膜材料可以均勻地燒結在加工的平面上，在此過程中，計算機能科學地控制好激光束，以激光掃描的方式對分層面的二維數據進行掃描[6]。激光束掃描位置的粉末能燒結成一定厚度的片狀物體，若是激光沒有掃描到粉末，則粉末形態不變。對于這些沒有燒結的粉末，可依據物體截層的厚度調整升降臺的高度，通過鋪粉滾掃描工作臺上的所有粉末，重復幾次以上工藝，可掃描完所有分層面的二維數據，然后去除多余的粉末，再通過打磨、烘干等多道工序，便能制造出所需要的零件。選擇性激光燒結技術加工的強度、精度高，將之運用至現代機械制造業中，可以制造出多樣的材料零件。

2.4 熔融沉積成型法

熔融沉積成型法即對熱塑性質的材料使用噴頭進行處理，使其轉變為絲狀，然后擠出，接著絲狀材料會凝固，最后一層層地堆積成實體零件。熔融沉積成型技術操作簡單，成本價格不高，有利于提高零件生產效率，同時，其具有環保的優勢，是一項可靠的機械制造技術。

3? 成型制造技術在現代機械制造業中的應用

成型制造技術既能用于功能測試方面，又能用于產品概念設計方面，同時還可以應用于模具設計和制造方面，在生活中常見的醫療、家電、汽車以及工藝品制作等行業或領域中也有著廣泛的應用。

3.1 快速模具制造

使用成型制造技術生成的實體模型，可以作為模套或模芯，結合的電極研磨、粉末燒結、精鑄等技術，能可以快速地制造出產品需要的功能模具，且制造模具的周期不長，僅使用統數控切削方法20%或10%的時間便能制造出模具，這能大大縮短模具研發的時間，且越是復雜的模具，此技術的效益越明顯。

3.2 產品設計評估與功能測驗

成型制造技術能在幾小時或者幾天內將CAD模型或者圖紙變成實體模型，這能縮短試制的周期，提高設計的質量。在產品設計評估與功能測驗中運用成型制造技術，可以將用戶對設計的反饋信息快速地獲取到[7]。此外，在制造業中使用此技術，可以方便產品制造者對產品的理解加深，將工藝流程、生產方式、費用等進行合理的確定。相比于傳統的模型制造，成型制造技術在產品的生產過程中，有較高的精度，且制造速度快，制造者能通過CAD模型隨時地對產品進行修改和驗證，這樣能使產品的設計更加完善。

3.3 醫學仿生制造

醫學上的CT診斷技術與成型制造技術相結合不僅能夠復制人體器官形狀或骨骼結構，還能預演手術方案，而且該技術在假肢設計與制作中也發揮著積極作用。借助成型制造技術進行醫學仿生制造，要通過快速成型設備將一種生物可降解的材料制造出生成為的三維原型，然后將生物生長因子植入原型中，通過培養液的培養，可降解材料能被生物體取代，形成生物活性組織結構產品，產品既有美麗的外觀，又有生物活性，這能為義肢再植等方面的治療提供新的技術途徑。

3.4 精密鑄造

將成型制造技術應用于精密鑄造中，主要有以下幾種情況：其一，熔模制造。傳統的蠟模的制造工藝使用蠟制的原型，而在精密鑄造中使用成型制造技術，在快速成型設備的作用下，可以直接地生產蠟模，同時蠟模能獲得發動機殼體零件。其二，制造精密鑄型殼。直接膜殼法制造精密鑄型殼，主要依靠的是成型制造技術。鑄型殼在成型的過程中，有一層氧化鋁粉層在工作臺的表面，其厚度與CAD模型的厚度一樣，這時將硅膠用微細的噴頭噴射出來，形成一層2D輪廓，與硅膠接觸到的鋁粉會粘結到一起，工作臺會降下一層高度，在上面鋪設一層新的氧化鋁粉，會有新的鋁粉粘結到一起，這樣層層堆積之下，模型便能成型。這種能獲得精密鑄型殼的成型制造技術工藝，能促使精密鑄造工藝進一步發展。

3.5 產品母模

制造產品母模，過去使用的是去除材料的方法，這對于加工工藝有較高的要求，耗時長，既會浪費原材料，又會花費較多的資金。在產品母模的制造中運用成型制造技術，可以解決以上問題。使用成型制造技術制作產品母模，可以將砂型鑄造用的木模通過快速成型件代替，使快速成型件為母模，這樣產品母模的復雜程度可以不受加工設備的結構所限制。總之，在翻制快速經濟模具的制造中使用成型制造術，優勢明顯，能提高制造的效率。

3.6 藝術品的制造

建筑裝飾品與藝術品都是根據設計者的靈感來進行構思、設計，在傳統工業制作上制作藝術品需要在圖紙上臨摹，建立基本的模型，才能開始制作成品的樣本，這不僅耗費時間和人力，還會因為實際與圖紙設計的誤差而出現成品比例不協調的錯誤，增加不必要的加工工序造成成本的浪費。而成型制造技術在藝術品制造中的應用，可以帶來積極的作用，其不僅能準確呈現藝術品的設計數據，還能縮短藝術品成形的時間，在各方面成本上都帶來一定的效益。即使藝術品外觀結構復雜或內形制作材料要求高，也能實現生產制造，并確保制作質量。通過依照藝術品設計原型，并借助計算機技術與設計軟件詳細核算藝術品的相關數據，可便于設計人員隨時隨地的制造出樣品。此外，藝術品設計人員還能通過網絡平臺或信息技術將藝術品設計的相關數據輸送給生產廠家或生產車間，使廠家能夠快速接收到數據，縮短產品生產所耗時間，同時也有利于設計人員與生產人員溝通交流，以及時發現和解決問題，這既能保證效率，又能保證質量。這樣不僅能加快制作時間，還能最大限度避免錯誤，提高藝術品制作的效率，減少成本的浪費。

4? 結語

綜上所述，在快速模具制造、產品設計評估與功能測驗、醫學仿生制造、精密鑄造、產品母模等現代機械制造業中運用成型技術，可以從CAD模型中離散地獲取到點、面的幾何信息，最終結合成型工藝參數的信息，能規律、精確地將材料由點到面地實現控制，由面到體的堆積零件，可以大大提高生產的效率。不過，要有效推進我國現代機械制造業快速發展，除了要應用成型制造技術這些先進技術外，還要加大力度研發新技術，探索新工藝和新材料，由此才能不斷降低經濟成本、提高產品質量，確保我國經濟又好又快發展。

參考文獻：

[1]鄭英明.成型制造技術在現代機械制造業中的應用[J].南方農機，2019，50（22）：178.

[2]王亞軒.成型制造技術在現代機械制造業中的應用研究[J].南方農機，2019，50（18）：67.

[3]張益博，李越超，董思化.快速成型制造技術在現代機械制造業中的應用研究[J].內燃機與配件，2019（8）：106-107.

[4]王家鵬.材料成型與控制工程模具制造技術分析[J].人文之友，2018（3）：10.

[5]成康榮.材料成型與控制工程的模具制造技術[J].中國化工貿易，2017，9（3）：86.

[6]譚永林.材料成型與控制工程的模具制造技術[J].企業技術開發（下半月），2016，35（12）：12-13.

[7]周凱.現代機械制造技術與加工工藝的應用探究[J].設備管理與維修，2019，（20）：111-112.