未來數(shù)控機(jī)床與3D打印的一體化制造研究

扈航

摘要：科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，伴隨技術(shù)發(fā)展和創(chuàng)新，新時期涌現(xiàn)出很多優(yōu)秀技術(shù)和工藝，在數(shù)控機(jī)床方面，作為加工生產(chǎn)中的重要設(shè)備，長期使用不可避免的出現(xiàn)磨損、老化，浪費(fèi)資源，增加設(shè)備維護(hù)成本。3D技術(shù)經(jīng)過長期發(fā)展和改進(jìn)，已經(jīng)逐漸趨于成熟，可以借助金屬粉末實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品一次性打印，具體原理是通過數(shù)控機(jī)床加工期間產(chǎn)生的廢料回收再利用，然后3D打印加工出強(qiáng)度低的部件，但是此項(xiàng)技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度金屬零件生產(chǎn)，推動二者的一體化制造發(fā)展，可以大大降低生產(chǎn)加工期間所產(chǎn)生的損耗，提升生產(chǎn)效率，推動工業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)展。本文就數(shù)控機(jī)床與3D打印一體化制造發(fā)展分析，有助于推動技術(shù)創(chuàng)新變革，為工業(yè)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：3D打印;數(shù)控機(jī)床;一體化制造;資源利用

0? 引言

我國是一個制造業(yè)大國，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占比較大，長期發(fā)展中越來越多先進(jìn)技術(shù)涌現(xiàn)，并在工業(yè)化生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，尤其是數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生，促使加工生產(chǎn)效率大大提升，但同時也出現(xiàn)了不同程度的資源損耗以及廢棄物，污染環(huán)境。而3D打印技術(shù)可以回收利用數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)中的廢屑進(jìn)行低強(qiáng)度產(chǎn)品打印，推動數(shù)控機(jī)床與3D打印一體化發(fā)展，可以充分發(fā)揮二者優(yōu)勢，整合資源優(yōu)勢，減少能源損耗和加工成本，推動制造業(yè)更高層次發(fā)展。

1? 數(shù)控機(jī)床與3D打印概述

1.1 概念

數(shù)控機(jī)床是伴隨電子技術(shù)發(fā)展而涌現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)信息自動化處理、數(shù)據(jù)處理，為自動化技術(shù)發(fā)展帶來了新的空間。基于數(shù)字化信號控制機(jī)床加工過程，可以代替人工操作，減少人工勞動強(qiáng)度，加快制造進(jìn)度和效率。3D打印技術(shù)主要是在計算機(jī)三維設(shè)計模型基礎(chǔ)上，軟件分層離散與數(shù)控成型系統(tǒng)，并借助熱熔噴嘴與激光束技術(shù)，可以使塑料、陶瓷粉末和金屬粉末等材料黏結(jié)堆積，加工制造后出實(shí)體產(chǎn)品[1]。

1.2 二者區(qū)別

數(shù)控機(jī)床主要是切削加工，將毛坯從整料逐漸切削多余材料，減法形式進(jìn)行產(chǎn)品加工，得到加工要求的產(chǎn)品形狀。但是，此種技術(shù)在材料加工過程中資源損耗較大，金屬切削功率僅有25%左右，資源利用率不高。這種方式除了浪費(fèi)資源以外，還會增加切削時間，如果提升材料利用率，每年至少可以減少鋼材十幾萬噸的浪費(fèi)[2]。

3D打印可以依托于添加式生產(chǎn)方式將產(chǎn)品形狀打印出來，通過計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)進(jìn)行一系列數(shù)字切片，信息傳輸?shù)?D打印機(jī)后，連續(xù)薄型層面堆疊，最后形成固體形狀的產(chǎn)品。而3D打印技術(shù)盡管資源利用率較高，但是還不完善，存在很大局限性，部分強(qiáng)度大的金屬部件無法借助3D打印生產(chǎn)，飛機(jī)引擎內(nèi)部性能要求較高的零件也無法使用此種技術(shù)加工制造，精度控制遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如數(shù)控機(jī)床。

2? ?數(shù)控機(jī)床與3D打印技術(shù)的應(yīng)用場景

傳統(tǒng)加工方式資源消耗較大，并且會產(chǎn)生不同程度的環(huán)境污染，在可持續(xù)發(fā)展背景下，應(yīng)力求一種新式加工方式改善其中不足。3D打印技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，優(yōu)化生產(chǎn)線，可以實(shí)現(xiàn)廢屑材料的回收利用，減少生產(chǎn)成本，包括人工成本，鑄模材料成本與時間成本等。同時，精簡機(jī)械加工與模具制作的繁瑣流程，產(chǎn)品制造周期縮短，生產(chǎn)效率自然大幅度提升。

當(dāng)前3D技術(shù)還處于發(fā)展階段，技術(shù)存在一定局限性，難以大范圍應(yīng)用。推動數(shù)控機(jī)床與3D打印一體化制造應(yīng)用，更多的是應(yīng)用在裝備制造行業(yè)領(lǐng)域，這一行業(yè)資源消耗量較大，一體化制造模式充分契合可持續(xù)發(fā)展要求，滲透綠色節(jié)能理念到實(shí)處，推動現(xiàn)代制造行業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。

3? 數(shù)控機(jī)床與3D打印一體化制造方式

3.1 數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)流程

以往的加工生產(chǎn)工藝，主要是對原材料切削、鍛打和彎曲等一系列工藝，制造多種元件組裝成產(chǎn)品，具體流程包括鐵熔煉，澆筑成型、毛坯料、運(yùn)輸、切削加工（鍛造加工）、整合組裝，最終形成工業(yè)產(chǎn)品，生產(chǎn)加工過程中的廢料統(tǒng)一收集運(yùn)輸，回收加工。

3.2 數(shù)控機(jī)床與3D打印一體化制造過程

推動數(shù)控機(jī)床與3D打印一體化制造，充分發(fā)揮兩種技術(shù)優(yōu)勢，結(jié)合不同加工要求和加工強(qiáng)度選擇合適的加工形式，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的加工制造。對于強(qiáng)度要求高的，可以選擇數(shù)控機(jī)床加工，強(qiáng)度偏低的使用3D打印技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)制造，實(shí)現(xiàn)資源有機(jī)整合[3]。一體化加工生產(chǎn)優(yōu)勢突出，可以減少很多繁瑣流程，實(shí)現(xiàn)加工原料資源的高效配置利用，減少材料和人力損耗。

3.3 數(shù)控機(jī)床與3D打印一體化制造加工方式

數(shù)控機(jī)床與3D打印一體化制造加工中，相較于傳統(tǒng)的加工制造方式而言優(yōu)勢更加突出，是一種減材加工與現(xiàn)代增材加工結(jié)合方式，強(qiáng)度高的產(chǎn)品可以選擇減材方式加工，而減材加工過程中產(chǎn)生的材料回收利用，通過增材方式加工生產(chǎn)強(qiáng)度要求不高的產(chǎn)品。具體流程包括：①數(shù)控機(jī)床對強(qiáng)度高的零件初步加工;②金屬粉碎器加工后產(chǎn)生的廢屑，加工為粉末回收利用;③將金屬粉末導(dǎo)入3D打印加工零件;④最后組裝制造成工業(yè)產(chǎn)品[4]。

通過上述流程，推行一體化制造加工方式，可以滿足不同強(qiáng)度要求的產(chǎn)品加工制造需求，并且實(shí)現(xiàn)加工生產(chǎn)的粉末回收利用，獲取最大化的回報。

4? 未來數(shù)控機(jī)床與3D打印一體化制造的意義

未來技術(shù)將不斷發(fā)展和創(chuàng)新，數(shù)控機(jī)床與3D打印一體化制造發(fā)展，可以充分整合兩種技術(shù)的優(yōu)勢，改善傳統(tǒng)技術(shù)不足，實(shí)現(xiàn)資源高效利用和整合，提升加工生產(chǎn)效率，在未來必將得到廣泛應(yīng)用[5]。人類最初在加工物品時就采用減法，切削方式處理外形，達(dá)到所需要的規(guī)格。而發(fā)展到今天，科技飛快進(jìn)步和發(fā)展，數(shù)控機(jī)床技術(shù)不斷創(chuàng)新，加工效率和質(zhì)量大大提升，但也出現(xiàn)了不同程度的資源損耗[6]。推動數(shù)控機(jī)床與3D打印技術(shù)結(jié)合發(fā)展，發(fā)揮減材和增材加工制造技術(shù)優(yōu)勢，優(yōu)化傳統(tǒng)制造流程，減少生產(chǎn)時間和成本，對于未來制造業(yè)健康持續(xù)發(fā)展意義深遠(yuǎn)。

5? 結(jié)論

綜上所述，數(shù)控機(jī)床與3D打印一體化制造發(fā)展，是未來制造業(yè)發(fā)展的主要趨勢，可以有效改善傳統(tǒng)加工制造技術(shù)的不足。根據(jù)產(chǎn)品加工需要選擇不同的加工方式，在整合資源的同時，減少資源損耗與環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)資源最大化利用，將生產(chǎn)成本降到最低同時，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]牛璞.數(shù)控機(jī)床與打印的一體化制造研究[J].價值工程，2020，39（07）：246-247.

[2]金科杰.基于綠色3D打印技術(shù)的微型數(shù)控機(jī)床制作[J].輕工科技，2019，35（11）：74-75.

[3]梁宇明.3D打印技術(shù)在機(jī)床設(shè)備維護(hù)中的應(yīng)用研究[J].決策探索（中），2019，12（08）：54-55.

[4]張笑語，方輝，鄒來勝，陳奕成，黃小林.桌面型銑-3D打印復(fù)合機(jī)床重復(fù)定位精度檢測[J].機(jī)械工程與自動化，2018，31（01）：145-147.

[5]黃小林，方輝，袁婷婷，張笑語，鄒來勝.桌面型車-3D打印復(fù)合數(shù)控機(jī)床的設(shè)計與構(gòu)建[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2017，30（04）：162-164.

[6]陸天龍，馬澤飛，王睿鵬，向楠，劉棟.切片機(jī)CAD/CAE/CAM一體化設(shè)計及3D打印技術(shù)的應(yīng)用[J].科技傳播，2016，8（12）：118，122.