快速成型制造技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用

譚耀維

[摘 要]快速成型技術(shù)結(jié)合了電子、光學(xué)和機(jī)械等多個(gè)學(xué)科結(jié)合在一起，是一種先進(jìn)的制造技術(shù)本文主要先簡(jiǎn)單介紹了快速成型技術(shù)的工作原理和特點(diǎn)，并就快速成型技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

[關(guān)鍵詞]快速成型 機(jī)械 三維 加工

中圖分類(lèi)號(hào)：TP339 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）19-0394-01

鑄造工藝是傳統(tǒng)機(jī)械制造常用到的一種方法，隨著社會(huì)和技術(shù)的不斷發(fā)展，日益顯現(xiàn)出局限性，比方說(shuō)制作周期太長(zhǎng)，質(zhì)量不夠穩(wěn)定，不能有效確保部分重要部件的質(zhì)量要求和周期，特別是當(dāng)短時(shí)間修復(fù)個(gè)別重要機(jī)組時(shí)，傳統(tǒng)鑄造技術(shù)常常無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)實(shí)的需求，且執(zhí)行起來(lái)風(fēng)險(xiǎn)較大，最終容易導(dǎo)致成本的增加?？焖俪尚图夹g(shù)能夠有效的避開(kāi)上述不利因素，提供設(shè)計(jì)的速度，可以實(shí)現(xiàn)不用制模的情況下也能制造工件的構(gòu)想。再者，快速成型技術(shù)因?yàn)橹谱鞒龅漠a(chǎn)生質(zhì)量好，品質(zhì)穩(wěn)定，成品率相當(dāng)高，在制造其三維實(shí)體模型時(shí)就能發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題，最終有效確保了產(chǎn)品質(zhì)量和周期。

1、快速成型技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 快速成型技術(shù)工作原理

快速成型技術(shù)是新技術(shù)下研發(fā)出來(lái)的，主要是通過(guò)使用材料技術(shù)和信息技術(shù)來(lái)加工和生產(chǎn)產(chǎn)品。

快速成型技術(shù)就是在原來(lái)機(jī)械加工的前提下，使用CAD構(gòu)筑出零件幾何信息來(lái)控制三維數(shù)控成型系統(tǒng)，通過(guò)使用激光等零件來(lái)加工零件。此技術(shù)能夠可以有效減少生產(chǎn)時(shí)間和模具的生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。此技術(shù)的基本原理是根據(jù)三維零件主要通過(guò)二維平面沿同一坐標(biāo)方向慢慢的疊加而形成，所以，分析時(shí)應(yīng)分離三維實(shí)體，在平面中分析信息，使用熔結(jié)和粘連等多種方式連接材料，其制造就是將新材料加在工件中，直到零件成型。

現(xiàn)階段常用到的快速成型方法有：

激光分層燒結(jié)法；立體平板印刷法、逐層輪廓成型法、光掩膜法、融化堆積法和陶瓷殼法等。每一種方法都有不同的工藝特點(diǎn)，但是制作工藝基本相似。

立體平版印刷法是當(dāng)前普遍使用的技術(shù)，因?yàn)槠涑墒煨暂^好，占有很大的市場(chǎng)份額。

1.2 快速成型技術(shù)的特點(diǎn)

（1）成型快

快速成型技術(shù)成型相當(dāng)快，從最開(kāi)始的設(shè)計(jì)到完成零件，整個(gè)過(guò)程只要至多幾十小時(shí)，完成速度相當(dāng)快，在開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品上的優(yōu)越性也十分突出。

（2）自由成形

快速成型技術(shù)能夠結(jié)合零件的形狀來(lái)制造，不會(huì)受到任何工具的影響，主要有了新的設(shè)計(jì)思路，就能快速的試制。再者，就算零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)較復(fù)雜，也不會(huì)影響到該技術(shù)。

（3）材料適用范圍廣

快速成型技術(shù)能夠用在塑料類(lèi)以及樹(shù)脂類(lèi)產(chǎn)品的制造中，還能用于金屬材料、復(fù)合材料、紙張和陶瓷燈材料產(chǎn)品的制作，運(yùn)用范圍相當(dāng)廣。

（4）擁有高度集成的技術(shù)

快速成型技術(shù)涉及了計(jì)算機(jī)、激光技術(shù)、機(jī)械和技術(shù)等多個(gè)先進(jìn)學(xué)科，結(jié)合新時(shí)期發(fā)展最為迅速的高薪技術(shù)，帶有鮮明的時(shí)代特征，因此，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和制造的一體化，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的突破，并且生產(chǎn)過(guò)程具備高度的自動(dòng)化特征。

（5）加工優(yōu)越性

快速成型技術(shù)可以擺脫傳統(tǒng)的刀具，是一種十分先進(jìn)的薄層疊加加工方式?？焖俪尚图夹g(shù)可以快速制造出具備曲面、凹槽等形態(tài)復(fù)雜的零件，并且其生產(chǎn)量和成本不與零件的復(fù)雜程度掛鉤，節(jié)約了資金和時(shí)間；使用該技術(shù)進(jìn)行加工可以不接觸零件的界面，不必使用刀具和夾具，也不會(huì)出現(xiàn)磨損；此技術(shù)在加工時(shí)不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)和噪音，也不會(huì)出現(xiàn)廢棄物，加工時(shí)沒(méi)有噪聲和振動(dòng)，并且不會(huì)產(chǎn)生廢棄材料；可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。在夜間也可以繼續(xù)工作，且工作效率很高。

2、快速成型技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用

快速成型技術(shù)因?yàn)榫哂兄芷诙?、生產(chǎn)效率高等眾多優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械制造領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，多用于制造單件、小批量金屬零件。有些特殊復(fù)雜制件只需單件或少于50件的小批量，這樣的產(chǎn)品通過(guò)制模再生產(chǎn)，成本高，周期長(zhǎng)。一般可用快速成型技術(shù)直接進(jìn)行成型，成本低，周期短。

2.1 直接鑄造法

直接鑄造法是指采用快速成型技術(shù)進(jìn)行一步成型的鑄造技術(shù)在對(duì)鑄造的型殼和型芯進(jìn)行處理后進(jìn)行金屬澆鑄.形成零件。在進(jìn)行零件的鑄造過(guò)程中一步成型，不需要進(jìn)行形狀的轉(zhuǎn)化.因此稱(chēng)之為直接鑄造法。這種方法適用于單件零件和復(fù)雜零件的制造。

（1）直接殼型鑄造

其鑄造方法主要是采用機(jī)關(guān)選擇性燒結(jié)的方法對(duì)陶瓷粉進(jìn)行燒結(jié)，在進(jìn)行型殼、型芯的鑄造時(shí)可以一步到位。在進(jìn)行加工的過(guò)程中，型殼的厚度一般為5—10mm，在進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，主要針對(duì)非零件部位進(jìn)，零件部位仍舊是粉末狀。在進(jìn)行燒結(jié)完成后，將粉末倒出，進(jìn)行固化處理，型殼因此成型。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于工藝過(guò)程較簡(jiǎn)單，提高了鑄造的效率同時(shí)又保障了鑄造的質(zhì)量。

（2）直接制模鑄造

在進(jìn)行直接制模鑄造時(shí)，采用粘接劑進(jìn)行連接直接鑄模的金屬成型，具有柔性和環(huán)保的特點(diǎn)，對(duì)于復(fù)雜的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)都能夠進(jìn)行制作。材料選擇時(shí)可以采用鑄造用砂，直接形成砂型，在進(jìn)行澆注后即可形成金屬零件。其使用的費(fèi)用較低，尺寸較大，適用于一些結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、體積較大的零件。

2.2 一次性轉(zhuǎn)制法

一次性的轉(zhuǎn)制法是通過(guò)合理優(yōu)秀的制造工藝，結(jié)合實(shí)際鑄成水平，確定實(shí)際最終的產(chǎn)品形式。這種方式適合于鑄造加工單件或小批量零件的加工工藝。砂型鑄造使用的模型通過(guò)快速成型的方式，將樹(shù)脂材料快速加工，形成模型后批量生產(chǎn)。通過(guò)輔助的軟件，確定一次加工零部件的數(shù)量、起模標(biāo)準(zhǔn)，斜度等。按照實(shí)際鑄造的成型過(guò)程，進(jìn)行模擬微修后的保證零件模樣。為了有效的降低材料的整體使用量，需要逐步減少材料的實(shí)際使用時(shí)間，合理的控制實(shí)際模型的背面，可以設(shè)計(jì)為蜂窩狀。這種設(shè)計(jì)需要充分考慮鑄造模型的受壓力水平，以及整體模型的耐磨效果，并且通過(guò)幾次的產(chǎn)品試驗(yàn)總結(jié)，確定最佳的成本與質(zhì)量的結(jié)合比。鑄造熔膜的快速成型過(guò)程中，需要利用輔助設(shè)計(jì)軟件，以三維成型設(shè)計(jì)方式進(jìn)行陶瓷殼的設(shè)計(jì)。這種方式有利于減少熔膜的鑄造花費(fèi)時(shí)間，可以大大的節(jié)約壓型，蠟?zāi)さ倪^(guò)程，合理的控制實(shí)際蠟?zāi)ぷ冃蔚南嚓P(guān)因素，對(duì)零件的精準(zhǔn)度進(jìn)行測(cè)量，以此確保鑄造中零件的成型效果。一次性轉(zhuǎn)制法可已使工廠可以在短時(shí)間內(nèi)完成精確度較高的零件批量制造，大大的提升生產(chǎn)效率水平。

鑄造消失模的快速成型處理過(guò)程中，需要根據(jù)融積的成型，疊加方式，準(zhǔn)確的分析實(shí)際產(chǎn)生樹(shù)脂、熱塑成型的范圍。通過(guò)快速的成型，確保整體材料的有效填涂，放入裝滿(mǎn)干砂的密封箱內(nèi)，將空氣抽空后，使砂型結(jié)實(shí)。按照實(shí)際金屬倒入砂型的過(guò)程，合理的判斷實(shí)際燒掉后呈現(xiàn)的模樣，盡可能的保留過(guò)程中的灰分，防止其零件產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題。通過(guò)有效的利用激光燒結(jié)，使用合理的構(gòu)造方式實(shí)現(xiàn)模樣的呈現(xiàn)，減少灰分量。

2.3 二次轉(zhuǎn)制法

這種方法主要是采用快速成型技術(shù)生產(chǎn)的原型作為母模.使用澆注蠟、硅橡膠、環(huán)氧樹(shù)脂和聚氨酯等軟材料進(jìn)行模具的構(gòu)成，并利用模具與鑄造工藝結(jié)合.形成金屬零件在進(jìn)行加工的過(guò)程中需要經(jīng)過(guò)多次的工藝轉(zhuǎn)化而成.因此稱(chēng)其為二次轉(zhuǎn)制法這種方法較多使用在零件的批量制造中.在進(jìn)行制造過(guò)程中.要保證原型軟模具的尺寸和外表粗糙度達(dá)到一定的要求。

3、結(jié)束語(yǔ)

快速成型技術(shù)的應(yīng)用是提高微機(jī)械、集成制造的生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵所在。實(shí)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(jī)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(lái)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(lái)給你更多的經(jīng)濟(jì)效益。

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