快速成型技術(shù)與數(shù)控技術(shù)在手版制作中的應(yīng)用比較

馬延斌， 張化平

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 甘肅 蘭州 730060）

引言

在企業(yè)大批量投產(chǎn)新產(chǎn)品之前，需要對(duì)其進(jìn)行試制，首先要根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品制成模型，也就是所謂的手版，這對(duì)于設(shè)計(jì)人員修改與完善產(chǎn)品來說顯得十分必要。在科技不斷發(fā)展的背景下，RP技術(shù)與數(shù)控技術(shù)誕生，二者在手版制作中的應(yīng)用均各具特色，本文將重點(diǎn)對(duì)二者在應(yīng)用過程中存在的差異進(jìn)行對(duì)比分析。

1 RP技術(shù)與數(shù)控技術(shù)概述

1.1 RP技術(shù)

RP技術(shù)也就是快速成型技術(shù)的簡稱，屬于一種新型的制造技術(shù)，將數(shù)控技術(shù)、激光加工技術(shù)與CAD技術(shù)等集為一體，是制造技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破，對(duì)制造業(yè)產(chǎn)生了極大的影響。該技術(shù)的主要原理為：RP技術(shù)主要是3D轉(zhuǎn)變?yōu)?D，再從2D轉(zhuǎn)變?yōu)?D的過程，重點(diǎn)在于質(zhì)量單元的構(gòu)成與有序堆積的實(shí)現(xiàn)，從整體上來看，可以將RP的形成過程概括為以下幾個(gè)方面。

1）在CAD基礎(chǔ)上對(duì)零件的實(shí)體模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，再利用逆向工程采集到產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)，反向推導(dǎo)出三維模型。

2）通過轉(zhuǎn)換CAD數(shù)據(jù)，使3D模型轉(zhuǎn)變?yōu)榕cSTL格式相類似的文件，然后根據(jù)生產(chǎn)工藝的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理，獲取零件的二維數(shù)據(jù)。

3）根據(jù)每個(gè)截面數(shù)據(jù)，采用特定的成型方式做成與截面形狀相同的薄皮，并且多次操作直至完成整個(gè)零件。

1.2 數(shù)控技術(shù)

數(shù)控技術(shù)的全稱為“數(shù)字化控制技術(shù)”，屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域的主要技術(shù)之一，自從該技術(shù)誕生以來，在加工領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）加工精度較高。引入數(shù)控技術(shù)的機(jī)床無論是在軟件方面，還是在硬件方面都十分的先進(jìn)，與傳統(tǒng)加工工藝相比來看，在質(zhì)量與精度上具有較大的優(yōu)勢(shì)，所生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量也十分穩(wěn)定。

2）生產(chǎn)效率較高。在數(shù)字化控制之下，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)加工的一體化操作，使整個(gè)生產(chǎn)過程均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，與以往傳統(tǒng)機(jī)床相比來看，生產(chǎn)周期被極大的縮短，產(chǎn)品的生產(chǎn)效率得到顯著的提升。

3）適用于加工復(fù)雜零件。在數(shù)控機(jī)床中，驅(qū)動(dòng)裝置屬于整個(gè)設(shè)備的核心，能夠促使機(jī)床完成直線、定位、空間曲線等多方面的加工，高質(zhì)量的完成許多復(fù)雜的零件生產(chǎn)工作，并且生產(chǎn)質(zhì)量能夠完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求[1]。

2 RP技術(shù)與數(shù)控技術(shù)在手版制作中的對(duì)比分析

在企業(yè)對(duì)某種產(chǎn)品進(jìn)行批量生產(chǎn)之前，首選需要對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行試制，也就是制作出產(chǎn)品的模型，這個(gè)模型便是手版。由專業(yè)設(shè)計(jì)人員對(duì)手版進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，從而使產(chǎn)品的質(zhì)量更高，更加符合人們的需求。對(duì)于某些領(lǐng)域來說，手版的質(zhì)量將與最終產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生直接聯(lián)系，由此可見手版制作的重要性。RP技術(shù)與數(shù)控技術(shù)均能夠適用于手版制作環(huán)節(jié)中，但是哪一種更具優(yōu)勢(shì)，能夠在最短的時(shí)間內(nèi)保質(zhì)保量地制作出來，則需要對(duì)兩項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1 在選材上的對(duì)比

手版制作質(zhì)量與材料的選擇之間有較大聯(lián)系，在利用RP技術(shù)進(jìn)行制作時(shí)，可選用的材料有金屬粉、工程塑料、樹脂、工程蠟等等，由于不同材料對(duì)成型原理產(chǎn)生的影響也不盡相同，因此利用PR技術(shù)進(jìn)行手版制作時(shí)，往往難以符合原零件設(shè)計(jì)的要求，主要是產(chǎn)品的強(qiáng)度與密度水平較低；而數(shù)控技術(shù)可選的主要材料為工程蠟、金屬、木材與尼龍等等，能夠圍繞著用戶的實(shí)際需求進(jìn)行加工，與RP技術(shù)相比更具有靈活性，并且在強(qiáng)度與密度等方面均能夠符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，能夠最大限度地保障手版制作材料與實(shí)際產(chǎn)品的材質(zhì)相類似。

2.2 在精度與速度上的對(duì)比

在手版制作的速度與精度方面，RP技術(shù)與數(shù)控技術(shù)相比在加工速度上占有較大的優(yōu)勢(shì)，完成一個(gè)模型所需時(shí)間為幾個(gè)小時(shí)，但是所制成的模板在精度上往往差強(qiáng)人意，并且制作投入的成本較高；而利用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行手版制作時(shí)，雖然加工的過程與RP技術(shù)相比較為繁瑣，速度上不占優(yōu)勢(shì)，但是在精度上來看卻能夠符合規(guī)定的要求，與RP技術(shù)相比高了很多[2]。

2.3 在制作設(shè)備與加工尺寸上的對(duì)比

在手版制作的過程中，如若采用RP技術(shù)制作，則需要借助專門的制作工具和設(shè)備才能完成，這種設(shè)備的投入成本較高，因此只能在較小的范圍內(nèi)使用，并沒有得到廣泛的應(yīng)用；如若采用數(shù)控技術(shù)，則使用3D數(shù)控銑床設(shè)備或者數(shù)控雕刻機(jī)來完成，這兩種設(shè)備無需過多的成本投入即可開始生產(chǎn)，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，因此與RP技術(shù)相比具有較強(qiáng)的普及性。

在加工尺寸方面，如若采用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行加工，由于數(shù)控機(jī)床的體積較大，對(duì)生產(chǎn)場地的要求較為嚴(yán)格，因此制作出來的手版尺寸也會(huì)相對(duì)較大；而采用RP技術(shù)則會(huì)免除此方面的困擾，由于RP設(shè)備自身的體積較小，對(duì)空間的要求不為嚴(yán)格，因此制作出現(xiàn)的手版尺寸通常較小，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，該技術(shù)能夠?qū)a(chǎn)品原型進(jìn)行劃分，分割成幾個(gè)獨(dú)立的部分分別加工，最終再將各個(gè)分散的部分粘結(jié)在一起，以此來完成一個(gè)整件的加工。

2.4 在加工復(fù)雜度上的對(duì)比

RP技術(shù)是在2D與3D技術(shù)基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)變而成的新型制造技術(shù)，該技術(shù)的本質(zhì)便是利用增加材料的方式進(jìn)行加工，無論產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否復(fù)雜，均無需采用任何的模具、刀具便可以一次性成型，該技術(shù)的應(yīng)用使負(fù)責(zé)模型的一次性成型成為可能；而數(shù)控技術(shù)是借助CAD三維驅(qū)動(dòng)力量，通過對(duì)材料進(jìn)行挖掘而成的一種新方法，其本質(zhì)在于減少材料的加工。由于RP技術(shù)與數(shù)控技術(shù)在原理上存在較大差別，因此在實(shí)際手版加工時(shí)的復(fù)雜程度也不盡相同，對(duì)于一些內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的手版來說，推薦使用RP技術(shù)來完成制作；對(duì)于一些內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為簡單的手版來說，可以使用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行操作[3]。

3 概念車車身手版的制作案例

在車輛的生產(chǎn)過程中，車身屬于其中十分重要的部分，其質(zhì)量將對(duì)整個(gè)車輛質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。在車身的生產(chǎn)中共有設(shè)計(jì)與制造兩個(gè)內(nèi)容。在日益激烈的市場競爭背景下，新產(chǎn)品的更新速度逐漸加快，產(chǎn)品的研發(fā)周期也需要不斷的壓縮，制造成本也應(yīng)有效降低，這樣才能夠在市場競爭中獲得更大的優(yōu)勢(shì)。

通過上文中對(duì)RP技術(shù)與數(shù)控技術(shù)在諸多方面的對(duì)比分析可知，數(shù)控技術(shù)與RP技術(shù)在性能上各有千秋，因此本文對(duì)兩項(xiàng)技術(shù)在車身手版制作中的應(yīng)用進(jìn)行分析。具體制作措施如下。首先，利用三維造型軟件構(gòu)建概念車身模型；其次，生成數(shù)控加工G代碼，并且在機(jī)床中進(jìn)行加工。由于概念車的車身為殼型零件，采用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工的效果一般，加之車身外形的曲線眾多、輪廓復(fù)雜，需多孔徑、曲線分散在不同區(qū)域和方向，這將對(duì)數(shù)控機(jī)床的性能提出更高的要求，至少需要4軸以上的機(jī)床才能夠完成這一任務(wù)，并且在加工時(shí)需要不斷的翻轉(zhuǎn)工件。由此可見，數(shù)控技術(shù)在此方面的應(yīng)用并不十分適宜，應(yīng)選擇RP技術(shù)進(jìn)行車身手版制作。但是，在使用該項(xiàng)技術(shù)時(shí)也具有諸多制約因素，如車身的大小受工作臺(tái)尺寸的限制較大，無法與原型按照1:1的比例制作，只能適當(dāng)?shù)目s小手版比例，完成模型制作[4]。

4 結(jié)語

在日益激烈的市場競爭中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期應(yīng)不斷的壓縮，才能夠使企業(yè)獲得更強(qiáng)的競爭實(shí)力。對(duì)此，應(yīng)在手版制作之前根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際需求對(duì)RP技術(shù)與數(shù)控技術(shù)的各項(xiàng)性能進(jìn)行對(duì)比分析，減少和防止出現(xiàn)設(shè)計(jì)差錯(cuò)，降低新產(chǎn)品的試制成本投入，選擇科學(xué)合理的制作方法，將RP技術(shù)與數(shù)控技術(shù)的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮，以此來獲得最佳的手版制作效果。