機(jī)械制造中金屬材料快速成型技術(shù)探究

方偉濤

（加西貝拉壓縮機(jī)有限公司，浙江 嘉興 314000）

快速成型技術(shù)的出現(xiàn)時間并不長，于20 世紀(jì)80 年代末，這一技術(shù)的出現(xiàn)，標(biāo)志著工業(yè)發(fā)展的成熟。具體來說，快速成型技術(shù)是機(jī)械制造業(yè)的一大創(chuàng)新突破，集多種工藝為一體的精密機(jī)械，可以在短時間內(nèi)使得金屬材料成型，優(yōu)化了傳統(tǒng)金屬材料制造中的時間問題，且操作較為便捷，不需要使用機(jī)械加工設(shè)備就可以制造出原件。這一工藝技術(shù)的出現(xiàn)提高了機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)出效率和質(zhì)量，可以在短時間內(nèi)高質(zhì)完成機(jī)械零件的制造。對此，本文對快速成型技術(shù)工藝做出詳細(xì)的論述。

1 快速成型技術(shù)的基本原理和特點(diǎn)

快速成型技術(shù)與傳統(tǒng)的制造技術(shù)不同，主要因原理本身存在差別，若想要在實(shí)際中正確運(yùn)用，首先需要了解快速成型技術(shù)的基本原理和特點(diǎn)。

1.1 快速成型技術(shù)的基本原理

快速成型技術(shù)和字面意思相同，便于金屬材料的快速成型。其構(gòu)成也是集將現(xiàn)代CAM 技術(shù)、CAD 技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)、新材料技術(shù)結(jié)合起來，并進(jìn)行優(yōu)化形成。除此之外，快速成型技術(shù)有多種不同的工藝，具體要根據(jù)所需金屬材料的功能選擇符合的技術(shù)。但總的來說，其原理相同。由于其立體制造方式與打印機(jī)有相似之處，多數(shù)人也將其比喻成“立體打印機(jī)”。具體來說，快速成型技術(shù)原理，即成型方式，是充分利用工藝中的CAD 技術(shù)、CAM 技術(shù)。其中，CAD 技術(shù)負(fù)責(zé)描述出所需金屬材料的模型，將數(shù)據(jù)資料錄入到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)會根據(jù)指令繪制出虛擬模型，同時，還便于修改。提高機(jī)械零件的設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。同時，還會對層片進(jìn)行測驗(yàn)和修正，生成正確的數(shù)控加工代碼。之后，再通過CAM 技術(shù)對材料進(jìn)行控制，確保材料準(zhǔn)確的疊加起來，形成一個三維實(shí)體。

1.2 快速成型技術(shù)的特點(diǎn)

快速成型技術(shù)不同于傳統(tǒng)的機(jī)械材料制造技術(shù)，具有高效、便捷等特點(diǎn)，以下做出詳細(xì)論述。

（1）省時、高效。傳統(tǒng)的機(jī)械材料制造周期較長，短則幾周，長則幾個月，對機(jī)械制造商來說失去了市場先機(jī)。而快速成型技術(shù)具備CAD 技術(shù)，可以快速完成機(jī)械模型，最短的完成時間是幾個小時，最長也只需要幾十個小時就可完成，相比傳統(tǒng)的制造技術(shù)來說，節(jié)省了大部分時間，對產(chǎn)品制造生產(chǎn)來說都非常有利。

（2）操作簡捷?？焖俪尚图夹g(shù)在材料制造中不需要特定的模具和工裝夾具，省去了操作步驟，同時，也能降低材料的制造成本。除此之外，修改也較為便捷，可直接通過軟件快速完成，便于產(chǎn)品一次成型。

（3）遠(yuǎn)程操控。快速成型技術(shù)加入了計(jì)算機(jī)技術(shù)，而通過計(jì)算機(jī)技術(shù)可以實(shí)時進(jìn)行操作，不受時間地點(diǎn)的限制，用戶只需要通過網(wǎng)絡(luò)將機(jī)械材料的CAD 數(shù)據(jù)傳輸給制造商，便可快速制出成品，更加高效便捷。

2 快速成型系統(tǒng)的應(yīng)用

快速成型技術(shù)是多種技術(shù)軟件合成，可以快速提高機(jī)械零件制造。具體來說，在使用中，快速成型技術(shù)，通過快速成型系統(tǒng)可以直接完成材料的設(shè)計(jì)和后期的成產(chǎn)，之所以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)就是快速成型技術(shù)發(fā)揮的主要作用。具體來說，快速成型技術(shù)在使用中通過CAD 三維設(shè)計(jì)技術(shù)，對機(jī)械材料進(jìn)行繪制，再通過三維測量技術(shù)和快速制造模具技術(shù)便于機(jī)械制造材料快速成型。除此之外，快速成型技術(shù)不僅被應(yīng)用到機(jī)械材料制造中，同時，也被應(yīng)用到多種項(xiàng)目的研發(fā)和制造中，例如，我國西安交通大學(xué)研發(fā)的快速成型集成制造系統(tǒng)及設(shè)備，幫助過多家制造企業(yè)，如TCL、重慶長安汽車廠、長安汽車工業(yè)集體等單位。具體來說，在實(shí)際的應(yīng)用中，機(jī)械快速成型技術(shù)制造也有區(qū)別，分為直接制模和間接制模兩種，其制造方式、要求也各不相同，其中，直接制模與間接制模相比，直接制模方式較為便捷，只需要根據(jù)實(shí)際的制模需要就可以直接制造出不同材料的模具。其次，比如，一些材料不適合制模，但卻有著較強(qiáng)的性能，那么，面對此類材料，則可以通過快速成型技術(shù)中的LOM 工藝成型技術(shù)，進(jìn)行材料制造，通過前期的CAD 技術(shù)進(jìn)行繪制，然后，對機(jī)械零件的表面進(jìn)行處理，處理工作完成后，再使用砂型鑄造的木模、鑄型模、金鑄膜等，然后，再利用選擇性激光來燒結(jié)聚合物包覆的金屬，就能得到含有金屬的實(shí)體，最后，再將聚合物在一定溫度下進(jìn)行分解，就可直接制造出金屬模具。這種方式下的制造出的模具使用時間較長，同時還可以大批量地生產(chǎn)。

間接模具：間接模具的制造相對來說較為較為復(fù)雜，與直接制模的方式存在差別。具體來說，間接制模的先利用快速成型技術(shù)制造出材料的模芯，再使用模芯進(jìn)行精密鑄造、硅橡膠、金屬噴涂制模、電極研磨及粉末燒結(jié)等技術(shù)來復(fù)制模具，或者再制造母模、復(fù)制軟模具等，再通過快速成型技術(shù)得到原型表面，再對其進(jìn)行特殊處理代替木模，最后，直接制造陶瓷或是石膏澆筑出金屬模具。

3 快速成型技術(shù)在微機(jī)械制造中的應(yīng)用

快速成型技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用中有規(guī)范要求，如要保證零件符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其次，總體尺寸要在在1cm3以下，最小長度在10μm 左右，零件結(jié)構(gòu)也要高度集成化，且滿足計(jì)算機(jī)控制的要求。

此外，微機(jī)械與普通機(jī)械的差別明顯不同，相比普通尺寸來說較小，加工分辨率高、加工起來也較為靈活，對普通機(jī)械加工來說更加細(xì)致。在微機(jī)械加工中，還要重視加工分辨率，以此來看出微機(jī)械零件的制造質(zhì)量。具體來說，微機(jī)械零件加工中的分辨率可分為兩種：掃描分辨率和成型分辨率，兩種分辨率的使用功能不同，其中，掃描分辨率主要是掃描機(jī)移動的最小距離，而成型分辨率則是成型的最小單位。另外，在微機(jī)械制造工藝中，最為適用的工藝有液態(tài)樹脂光固化塑成型工藝，這種工藝技術(shù)相比傳統(tǒng)工藝技術(shù)來說優(yōu)勢更大，可直接通過固化單元、約束液片、BMP 數(shù)據(jù)格式等特點(diǎn)提高機(jī)械制造質(zhì)量。對此，以下具體的工藝操作做出詳細(xì)論述。

（1）點(diǎn)固化單元。該工藝技術(shù)在實(shí)際的操作中采用線固化，但快速成型技術(shù)中的點(diǎn)固化方式出現(xiàn)了改變，相比傳統(tǒng)工藝來說，其直接與加工分辨能力相對性，更便于加工分辨率的研究。

（2）約束液片。傳統(tǒng)的技術(shù)中均采用自由液面式，而在快速成型技術(shù)中則又加入了約束液面式，省去了多余時間，同時，還能有效節(jié)省樹脂。

(3)刮平裝置。傳統(tǒng)刮平裝置技術(shù)中經(jīng)常適用間接切片，較為煩瑣，但快速成型技術(shù)中則是采用直接切面的方式，提高了工作效率和質(zhì)量。

（4）矢量掃描?？焖俪尚图夹g(shù)的矢量掃描更加準(zhǔn)確，通過光柵掃描省區(qū)掃描器的空回。

（5）BMP 數(shù)據(jù)格式。BMP 數(shù)據(jù)格式是快速成型技術(shù)中的又一改進(jìn)技術(shù)，相比傳統(tǒng)的STL 數(shù)據(jù)格式可以提高固化單元精度。

4 快速成型技術(shù)今后的研究重點(diǎn)

為了進(jìn)一步地提高快速成型技術(shù)的功能和效率，還需要不斷地進(jìn)行研究。但在社會和科技的發(fā)展中，人們對產(chǎn)品的要求也越來越高，這就需要加速產(chǎn)品的更新?lián)Q代，對還需不斷的完善快速成型技術(shù)，促進(jìn)各類產(chǎn)品快速、高精度、低成本的制造。對此，則對快速成型技術(shù)的幾點(diǎn)改進(jìn)方向做出幾點(diǎn)建議。

（1）加快新型材料的研究。就目前來說，快速成型技術(shù)所適用的材料較少，常用的材料僅有液體聚合、固化類材料、粉末燒結(jié)和粘結(jié)材料等，而其中多數(shù)材料我國國內(nèi)較為匱乏，還需從國外進(jìn)口，加大了材料成本，這對大型制造企業(yè)來說雖不會帶來太大影響，但對小型發(fā)展企業(yè)來說則較為困難。對此，這就需要加大新材料的開發(fā)，促進(jìn)我國制造業(yè)的發(fā)展。

（2）快速成型新工藝。快速成型技術(shù)的出現(xiàn)對傳統(tǒng)的制造業(yè)來說，帶來了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，成型方法也越來越多，因此，這就需要加速新工藝的研究。

（3）快速成型精讀?？焖俪尚图夹g(shù)雖比傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢更多，但其精度有待提高，最終導(dǎo)致材料出現(xiàn)誤差。其原因在于數(shù)據(jù)處理、工藝參數(shù)，其中工藝參數(shù)是造成這一問題的主要原因。基于此，就需要不斷地研究工藝參數(shù)，從而提高快速成型中機(jī)械零件的精度。

5 結(jié)語

快速成型技術(shù)的出現(xiàn)對機(jī)械制造材料來說有著積極的作用，可以省去多余的時間，使得材料制造更加便捷，提高機(jī)械制造材料效率，為制造企業(yè)創(chuàng)造出更大的機(jī)會。但隨著社會的發(fā)展，快速成型技術(shù)也會出現(xiàn)新的問題，對此就需要不斷地進(jìn)行研究，優(yōu)化工藝，提高工藝質(zhì)量。筆者相信，在科技經(jīng)濟(jì)的帶動下，快速成型技術(shù)會不斷成熟和完善，其使用功能也會得到進(jìn)一步的開發(fā)，將會在更多的領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。