快速原型制造技術(shù)在機(jī)械設(shè)備維修領(lǐng)域中的應(yīng)用

王光　張輝

摘 要 本文針對制造型企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備因非標(biāo)配件短缺無法實(shí)施快速維修的問題，提出了根據(jù)快速原型制造技術(shù)特點(diǎn)對機(jī)械設(shè)備各種非標(biāo)配件采用快速原型制造的方式來自行生產(chǎn)的設(shè)想。并且從建立備件三維模型數(shù)據(jù)庫的角度，論述了快速原型制造技術(shù)在設(shè)備維修領(lǐng)域中應(yīng)用的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞 快速原型制造技術(shù) 離散-堆積原理 產(chǎn)品三維實(shí)體模型數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：TH16 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

對于制造一款相當(dāng)精密、復(fù)雜的機(jī)械零件可能很多人都會想到這是加工工廠應(yīng)該完成的事情。一個普通人在沒有更多場地和設(shè)備的情況下就能夠很輕松的生產(chǎn)出具有較高精度的機(jī)械零件也是一件很難想象的事情，而這一切已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。消費(fèi)者用電腦從網(wǎng)上下載產(chǎn)品，嚴(yán)格地說是下載產(chǎn)品的三維幾何數(shù)據(jù)模型，然后根據(jù)自己的喜好進(jìn)行個性化定制，把最終的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到一臺打印機(jī)上，放進(jìn)原材料后機(jī)器就會按照程序一層一層地把產(chǎn)品制造出來，這就是制造業(yè)領(lǐng)域正在迅速發(fā)展的一項新興技術(shù)——增材制造技術(shù)。

一、快速原型制造技術(shù)的基本原理和發(fā)展趨勢

基于離散-堆積原理的快速原型制造技術(shù)（Rapid Prototyping Manufacturing）又稱為“增材制造技術(shù)（Additive Manufacturing，AM）、三維打印（3D Printing ）、實(shí)體自由制造（Solid Free-form Fabrication） ”是一種由三維幾何數(shù)據(jù)模型直接驅(qū)動采用材料逐層累加的方法快速制造出任意復(fù)雜形狀三維實(shí)體的技術(shù)，其基本制造原理是將專業(yè)設(shè)計軟件中的產(chǎn)品三維數(shù)據(jù)模型按照一定的工藝要求對模型進(jìn)行離散處理，然后將離散分層數(shù)據(jù)輸入成型設(shè)備中，在計算機(jī)控制下以平面加工方式有序逐層的堆積成形產(chǎn)品模型。相對于傳統(tǒng)的材料去除成形加工技術(shù)，是一種“自下而上”的全新制造方法，制造業(yè)將其稱為“具有工業(yè)革命意義的制造技術(shù)”?？焖僭图夹g(shù)的核心制造思想最早起源于十九世紀(jì)末的美國，起初是用于照相雕塑和地貌成形方面的研究，二十世紀(jì)八十年代后期逐步發(fā)展成熟并被廣泛應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品制造成形領(lǐng)域。近年來，快速原型制造技術(shù)并沒有僅僅停留在制作原型上，而是向著用于快速制作金屬模具乃至實(shí)際產(chǎn)品中使用的功能性塑料零件和金屬零件的方向發(fā)展。快速原型制造已經(jīng)具有了制造最終產(chǎn)品的功能，它的內(nèi)涵正從快速原型制造向快速制造（RM，Rapid Manufacturing）的方式轉(zhuǎn)變。

二、快速原型制造技術(shù)在設(shè)備維修領(lǐng)域中的應(yīng)用

工業(yè)化大生產(chǎn)環(huán)境下產(chǎn)品制造企業(yè)總是希望組成生產(chǎn)線的每臺設(shè)備在保持制造精度的前提下高速穩(wěn)定的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，但設(shè)備管理部門總會遇到這樣的問題：為提高設(shè)備維修效率，不斷的購買設(shè)備備件，而當(dāng)真正出現(xiàn)設(shè)備故障時，偏偏需要的備件沒有購買或者是在庫數(shù)量不足，一些進(jìn)口設(shè)備的非標(biāo)備件購買周期漫長且價格昂貴，有時甚至遇到該型號設(shè)備已經(jīng)停產(chǎn)造成備件無法獲得的情況等，由于無法及時更換損壞的部件，導(dǎo)致停機(jī)時間延長，給企業(yè)造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失。通常需要進(jìn)行維修更換的非標(biāo)備件數(shù)量極小加之備件本身材質(zhì)各異，給備件再生產(chǎn)帶來極大困難。采用快速原型制造技術(shù)自行生產(chǎn)備件就能無需原胚、模具和專業(yè)的夾具，直接根據(jù)零件三維數(shù)據(jù)模型通過增加材料的方法生成任何復(fù)雜的三維幾何實(shí)體，而且在整個制造過程中幾乎不需要人工干預(yù)就能夠完成，零件制造精度高、品質(zhì)不受人工技術(shù)水平高低和其它外部因素的限制。由于省去了各種傳統(tǒng)加工工藝簡化了產(chǎn)品制造程序，所以縮短了零件的再制造周期，提高了效率、降低了制造成本，有效的解決了因非標(biāo)備件不足或缺失造成的維修困難。而且從目前看快速原型制造技術(shù)在設(shè)備維修領(lǐng)域中應(yīng)用的趨勢有一下三點(diǎn)：

第一，裝備制造企業(yè)將設(shè)備零部件各種參數(shù)信息以三維實(shí)體模型數(shù)據(jù)的方式存儲在公司的數(shù)據(jù)庫中，需要成為備件的零部件根據(jù)設(shè)備型號進(jìn)行分類后發(fā)布到公司的網(wǎng)站上并提供下載服務(wù)，用戶下載后可以將該實(shí)體模型數(shù)據(jù)發(fā)送到當(dāng)?shù)氐目焖僭椭圃熘行倪M(jìn)行快速制造。

第二，針對高附加值精密機(jī)械設(shè)備，尤其是國外進(jìn)口設(shè)備備件購買價格昂貴、購買周期長、種類繁多、庫存龐大、分類管理復(fù)雜、備件庫存長期在庫占用大量企業(yè)流動資金等實(shí)際問題出發(fā)，采用快速原型制造技術(shù)自行制造備件更適于進(jìn)口設(shè)備備件的國產(chǎn)化開發(fā)?？梢圆捎媚嫦蚬こ蹋╮everse engineering）對備件進(jìn)行測繪，然后經(jīng)過編輯得到最終的備件三維實(shí)體模型數(shù)據(jù)，為后期進(jìn)行備件快速制造做前期的技術(shù)準(zhǔn)備。

第三，產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)備管理人員在保存原有設(shè)備備件二維工程圖紙的基礎(chǔ)上，將該備件的三維實(shí)體模型數(shù)據(jù)保存到本公司ERP系統(tǒng)中的設(shè)備管理數(shù)據(jù)庫中，以便后期使用調(diào)取。同時建立整個生產(chǎn)線設(shè)備的虛擬備件庫，將大量的備件三維實(shí)體模型分類保存在備件數(shù)據(jù)庫中，形成設(shè)備維修系統(tǒng)中除專家診斷系統(tǒng)、故障分析系統(tǒng)以外的另一種技術(shù)支撐系統(tǒng)。這種設(shè)備維修方式的主要思想是將過去傳統(tǒng)的保存大量實(shí)體備件模式逐步變成在僅保存少量常用易損備件安全庫存的基礎(chǔ)上建立虛擬的備件三維實(shí)體模型數(shù)據(jù)庫，一旦特殊部件損壞在沒有實(shí)體備件在庫和獲取備件時間漫長等條件下采用快速原型制造技術(shù)在較短的時間內(nèi)獲得實(shí)體備件，以提高設(shè)備維修的效率減少設(shè)備故障停機(jī)時間，為企業(yè)贏得更多的利潤。

三、結(jié)語

根據(jù)快速原型制造技術(shù)適宜單件、小批量、高柔性的零件制造特點(diǎn)，設(shè)備備件“真正實(shí)現(xiàn)了隨時、隨地、按需生產(chǎn)”的設(shè)想，在設(shè)備維修領(lǐng)域中極大的減少了實(shí)體備件在庫數(shù)量，變實(shí)體庫存為虛擬庫存，減少了場地占用和資金占用，降低了企業(yè)購買備件的成本。隨著智能制造的進(jìn)一步發(fā)展成熟，快速原型制造技術(shù)在機(jī)械設(shè)備維修領(lǐng)域的發(fā)展必將取得更大的成功！□

（作者單位：王光，河北科技大學(xué)；張輝，河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

參考文獻(xiàn)：

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