現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中成型制造技術(shù)的應(yīng)用分析

湯熊

摘要：現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)在我國(guó)具有較高的地位，其是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的的重要支柱。為了使我國(guó)的制造業(yè)創(chuàng)造出更多的經(jīng)濟(jì)效益，近年來(lái)，不少新技術(shù)被應(yīng)用于市場(chǎng)。成型制造技術(shù)集機(jī)械工程、材料科學(xué)、數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等大成，可以將已經(jīng)具有數(shù)學(xué)幾何模型的設(shè)計(jì)快速、自動(dòng)地物化為零件或原型，使這些原型或零件具有一定的結(jié)構(gòu)、功能。文章就成型制造技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè);成型制造技術(shù);應(yīng)用

0? 引言

中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)，要想促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)又好、又快發(fā)展，必須接軌國(guó)際先進(jìn)的制造技術(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)后，我國(guó)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感等高新技術(shù)得到快速發(fā)展，機(jī)械制造業(yè)基本實(shí)現(xiàn)智能化[1]。與此同時(shí)，我國(guó)引進(jìn)了成型制造技術(shù)等多項(xiàng)國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，成型制造技術(shù)指的是在計(jì)算機(jī)控制下，使用離散原理或者堆積原理以及不同方法對(duì)堆積材料進(jìn)行處理，使零件成型。其可以降低生產(chǎn)成本，大大提高生產(chǎn)效率，將之應(yīng)用于我國(guó)現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中，有利于促進(jìn)我國(guó)制造業(yè)快速發(fā)展，從而提高經(jīng)濟(jì)實(shí)力[2-3]。

1? 成型制造技術(shù)的概述

成形制造技術(shù)是按照三維建模數(shù)據(jù)來(lái)制造零件的一種現(xiàn)代加工技術(shù)，該技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中占據(jù)又要地位，可以幫助制造工廠快速、準(zhǔn)確地完成產(chǎn)品生產(chǎn)。在使用材料選擇上，成型制造技術(shù)沒(méi)有局限性，無(wú)論是塑料、木質(zhì)材料，還是金屬材料，都可應(yīng)用這些材料生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)品。除了在材料選擇上占據(jù)一定的優(yōu)勢(shì)，成型制造技術(shù)在操作效率上也有著驚人的作為，該技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中不但可以快速、高精確度地制造成品，還可以花費(fèi)3-4個(gè)小時(shí)的時(shí)間完成大批量成品的制作，對(duì)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)或是制造機(jī)械零件，都可以快速完成制造。在制作過(guò)程中無(wú)需借助任何的器械、模具以及工具，這不但能縮短制作與加工時(shí)間，而且還能減少加工成本，對(duì)提升工廠經(jīng)濟(jì)效益具有一定的幫助。由此可見(jiàn)，無(wú)論是生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，還是生產(chǎn)高數(shù)量的零件，都能應(yīng)用成型制造技術(shù)高效實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)目標(biāo)。

2? 成型制造技術(shù)的原理和特點(diǎn)

2.1 分層實(shí)體制造

將熱熔膠的箔材涂在單面，對(duì)零件進(jìn)行加熱處理，這樣可以將箔材與零件的面粘接在一起，然后能獲取到CAD分層模型的數(shù)據(jù)信息，再使用激光束對(duì)博彩箔材進(jìn)行切割，設(shè)計(jì)零件的輪廓凸顯出來(lái)后，將之與新的一層箔材相疊加，再通過(guò)熱壓裝置的作用，粘合箔材和已經(jīng)切割的材質(zhì)，接著再次使用激光束做切割處理，反復(fù)以上工藝流程，便能完成整個(gè)零件的模型[4]。分層實(shí)體制造工藝簡(jiǎn)單，不具有較高的加工成本，且具有較強(qiáng)的可靠性，在制造業(yè)中運(yùn)用此工藝，可以提高工作效率。

2.2 光固化立體制造

光敏樹(shù)脂是光固化立體造型的原料，光固化立體制造能對(duì)計(jì)算機(jī)的紫外激光進(jìn)行有效控制，并且將運(yùn)行軌跡設(shè)為零件各分界層面的輪廓，液態(tài)樹(shù)脂對(duì)光敏材料進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，然后再逐漸從點(diǎn)到線、面進(jìn)行掃描，這樣可以促使掃描區(qū)域的樹(shù)脂薄層出現(xiàn)聚合反應(yīng)，零件會(huì)逐漸形成薄層截面，當(dāng)?shù)谝粚庸袒?，便要移?dòng)升降臺(tái)一個(gè)層片的厚度，并固定好零件，接著再一次掃描原本已經(jīng)固定好的樹(shù)脂表層，并將新的液態(tài)脂覆蓋上去。固定好新的一層樹(shù)脂薄層截面后，不斷重復(fù)以上流程，直到整個(gè)零件制造完畢[5]。光固化立體制造技術(shù)的精準(zhǔn)度高，將之運(yùn)用至現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中能提高零件的質(zhì)量，且原材料的使用率高，從某種程度上來(lái)說(shuō)，此技術(shù)可以制造出更加復(fù)雜、精細(xì)的零件。

2.3 選擇性激光燒結(jié)

此技術(shù)的能量源是二氧化碳激光器，在紅外激光束的使用下，粉膜材料可以均勻地?zé)Y(jié)在加工的平面上，在此過(guò)程中，計(jì)算機(jī)能科學(xué)地控制好激光束，以激光掃描的方式對(duì)分層面的二維數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描[6]。激光束掃描位置的粉末能燒結(jié)成一定厚度的片狀物體，若是激光沒(méi)有掃描到粉末，則粉末形態(tài)不變。對(duì)于這些沒(méi)有燒結(jié)的粉末，可依據(jù)物體截層的厚度調(diào)整升降臺(tái)的高度，通過(guò)鋪粉滾掃描工作臺(tái)上的所有粉末，重復(fù)幾次以上工藝，可掃描完所有分層面的二維數(shù)據(jù)，然后去除多余的粉末，再通過(guò)打磨、烘干等多道工序，便能制造出所需要的零件。選擇性激光燒結(jié)技術(shù)加工的強(qiáng)度、精度高，將之運(yùn)用至現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中，可以制造出多樣的材料零件。

2.4 熔融沉積成型法

熔融沉積成型法即對(duì)熱塑性質(zhì)的材料使用噴頭進(jìn)行處理，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榻z狀，然后擠出，接著絲狀材料會(huì)凝固，最后一層層地堆積成實(shí)體零件。熔融沉積成型技術(shù)操作簡(jiǎn)單，成本價(jià)格不高，有利于提高零件生產(chǎn)效率，同時(shí)，其具有環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，是一項(xiàng)可靠的機(jī)械制造技術(shù)。

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

成型制造技術(shù)既能用于功能測(cè)試方面，又能用于產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)方面，同時(shí)還可以應(yīng)用于模具設(shè)計(jì)和制造方面，在生活中常見(jiàn)的醫(yī)療、家電、汽車(chē)以及工藝品制作等行業(yè)或領(lǐng)域中也有著廣泛的應(yīng)用。

3.1 快速模具制造

使用成型制造技術(shù)生成的實(shí)體模型，可以作為模套或模芯，結(jié)合的電極研磨、粉末燒結(jié)、精鑄等技術(shù)，能可以快速地制造出產(chǎn)品需要的功能模具，且制造模具的周期不長(zhǎng)，僅使用統(tǒng)數(shù)控切削方法20%或10%的時(shí)間便能制造出模具，這能大大縮短模具研發(fā)的時(shí)間，且越是復(fù)雜的模具，此技術(shù)的效益越明顯。

3.2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)評(píng)估與功能測(cè)驗(yàn)

成型制造技術(shù)能在幾小時(shí)或者幾天內(nèi)將CAD模型或者圖紙變成實(shí)體模型，這能縮短試制的周期，提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)評(píng)估與功能測(cè)驗(yàn)中運(yùn)用成型制造技術(shù)，可以將用戶對(duì)設(shè)計(jì)的反饋信息快速地獲取到[7]。此外，在制造業(yè)中使用此技術(shù)，可以方便產(chǎn)品制造者對(duì)產(chǎn)品的理解加深，將工藝流程、生產(chǎn)方式、費(fèi)用等進(jìn)行合理的確定。相比于傳統(tǒng)的模型制造，成型制造技術(shù)在產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，有較高的精度，且制造速度快，制造者能通過(guò)CAD模型隨時(shí)地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行修改和驗(yàn)證，這樣能使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更加完善。

3.3 醫(yī)學(xué)仿生制造

醫(yī)學(xué)上的CT診斷技術(shù)與成型制造技術(shù)相結(jié)合不僅能夠復(fù)制人體器官形狀或骨骼結(jié)構(gòu)，還能預(yù)演手術(shù)方案，而且該技術(shù)在假肢設(shè)計(jì)與制作中也發(fā)揮著積極作用。借助成型制造技術(shù)進(jìn)行醫(yī)學(xué)仿生制造，要通過(guò)快速成型設(shè)備將一種生物可降解的材料制造出生成為的三維原型，然后將生物生長(zhǎng)因子植入原型中，通過(guò)培養(yǎng)液的培養(yǎng)，可降解材料能被生物體取代，形成生物活性組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，產(chǎn)品既有美麗的外觀，又有生物活性，這能為義肢再植等方面的治療提供新的技術(shù)途徑。

3.4 精密鑄造

將成型制造技術(shù)應(yīng)用于精密鑄造中，主要有以下幾種情況：其一，熔模制造。傳統(tǒng)的蠟?zāi)５闹圃旃に囀褂孟炛频脑?，而在精密鑄造中使用成型制造技術(shù)，在快速成型設(shè)備的作用下，可以直接地生產(chǎn)蠟?zāi)?，同時(shí)蠟?zāi)Ｄ塬@得發(fā)動(dòng)機(jī)殼體零件。其二，制造精密鑄型殼。直接膜殼法制造精密鑄型殼，主要依靠的是成型制造技術(shù)。鑄型殼在成型的過(guò)程中，有一層氧化鋁粉層在工作臺(tái)的表面，其厚度與CAD模型的厚度一樣，這時(shí)將硅膠用微細(xì)的噴頭噴射出來(lái)，形成一層2D輪廓，與硅膠接觸到的鋁粉會(huì)粘結(jié)到一起，工作臺(tái)會(huì)降下一層高度，在上面鋪設(shè)一層新的氧化鋁粉，會(huì)有新的鋁粉粘結(jié)到一起，這樣層層堆積之下，模型便能成型。這種能獲得精密鑄型殼的成型制造技術(shù)工藝，能促使精密鑄造工藝進(jìn)一步發(fā)展。

3.5 產(chǎn)品母模

制造產(chǎn)品母模，過(guò)去使用的是去除材料的方法，這對(duì)于加工工藝有較高的要求，耗時(shí)長(zhǎng)，既會(huì)浪費(fèi)原材料，又會(huì)花費(fèi)較多的資金。在產(chǎn)品母模的制造中運(yùn)用成型制造技術(shù)，可以解決以上問(wèn)題。使用成型制造技術(shù)制作產(chǎn)品母模，可以將砂型鑄造用的木模通過(guò)快速成型件代替，使快速成型件為母模，這樣產(chǎn)品母模的復(fù)雜程度可以不受加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)所限制。總之，在翻制快速經(jīng)濟(jì)模具的制造中使用成型制造術(shù)，優(yōu)勢(shì)明顯，能提高制造的效率。

3.6 藝術(shù)品的制造

建筑裝飾品與藝術(shù)品都是根據(jù)設(shè)計(jì)者的靈感來(lái)進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計(jì)，在傳統(tǒng)工業(yè)制作上制作藝術(shù)品需要在圖紙上臨摹，建立基本的模型，才能開(kāi)始制作成品的樣本，這不僅耗費(fèi)時(shí)間和人力，還會(huì)因?yàn)閷?shí)際與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的誤差而出現(xiàn)成品比例不協(xié)調(diào)的錯(cuò)誤，增加不必要的加工工序造成成本的浪費(fèi)。而成型制造技術(shù)在藝術(shù)品制造中的應(yīng)用，可以帶來(lái)積極的作用，其不僅能準(zhǔn)確呈現(xiàn)藝術(shù)品的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，還能縮短藝術(shù)品成形的時(shí)間，在各方面成本上都帶來(lái)一定的效益。即使藝術(shù)品外觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜或內(nèi)形制作材料要求高，也能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造，并確保制作質(zhì)量。通過(guò)依照藝術(shù)品設(shè)計(jì)原型，并借助計(jì)算機(jī)技術(shù)與設(shè)計(jì)軟件詳細(xì)核算藝術(shù)品的相關(guān)數(shù)據(jù)，可便于設(shè)計(jì)人員隨時(shí)隨地的制造出樣品。此外，藝術(shù)品設(shè)計(jì)人員還能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)或信息技術(shù)將藝術(shù)品設(shè)計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)輸送給生產(chǎn)廠家或生產(chǎn)車(chē)間，使廠家能夠快速接收到數(shù)據(jù)，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)所耗時(shí)間，同時(shí)也有利于設(shè)計(jì)人員與生產(chǎn)人員溝通交流，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，這既能保證效率，又能保證質(zhì)量。這樣不僅能加快制作時(shí)間，還能最大限度避免錯(cuò)誤，提高藝術(shù)品制作的效率，減少成本的浪費(fèi)。

4? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在快速模具制造、產(chǎn)品設(shè)計(jì)評(píng)估與功能測(cè)驗(yàn)、醫(yī)學(xué)仿生制造、精密鑄造、產(chǎn)品母模等現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中運(yùn)用成型技術(shù)，可以從CAD模型中離散地獲取到點(diǎn)、面的幾何信息，最終結(jié)合成型工藝參數(shù)的信息，能規(guī)律、精確地將材料由點(diǎn)到面地實(shí)現(xiàn)控制，由面到體的堆積零件，可以大大提高生產(chǎn)的效率。不過(guò)，要有效推進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)快速發(fā)展，除了要應(yīng)用成型制造技術(shù)這些先進(jìn)技術(shù)外，還要加大力度研發(fā)新技術(shù)，探索新工藝和新材料，由此才能不斷降低經(jīng)濟(jì)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，確保我國(guó)經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展。

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