李 建

（常德達(dá)門船舶有限公司，常德 415002）

1 快速成型技術(shù)原理介紹

快速成型技術(shù)是綜合CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）、CNC（計(jì)算機(jī)數(shù)字控制）和CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造），以及精密伺服驅(qū)動(dòng)和激光、新材料等一系列先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)行產(chǎn)品制造和新產(chǎn)品設(shè)計(jì)[1-3]。它實(shí)現(xiàn)零件成型的原理是離散—堆積，具體過程如圖1所示。首先，使用性能優(yōu)異的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)出零件的模型或三維曲面，然后進(jìn)行模型轉(zhuǎn)化，以STL格式輸出（或者其他格式），再按照工藝要求設(shè)定一定的厚度，在Z軸或其他方向上對CAD模型切片分層，每一個(gè)截面層上都具有二維平面信息；接著進(jìn)行工藝處理，根據(jù)層面信息選擇加工參數(shù)，刀具移動(dòng)軌跡以及數(shù)控加工代碼將由系統(tǒng)自動(dòng)生成；為確保數(shù)控代碼不出現(xiàn)錯(cuò)誤，還需要對加工過程進(jìn)行仿真；之后在數(shù)控裝置的協(xié)助下，激光束或者別的工具能夠?qū)崿F(xiàn)精確運(yùn)動(dòng)，運(yùn)用輪廓掃描的方式，加工出設(shè)計(jì)好的截面形狀，并鋪上成型材料；繼續(xù)加工，直到零件加工完畢。

圖1 快速成型技術(shù)原理

2 快速成型技術(shù)的工藝流程

圖2是快速成型技術(shù)的工藝流程。快速成型技術(shù)與傳功的加工方法“去除”不同，它采用的是“增長”的加工方法，是一種全新的加工法，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的三維模型轉(zhuǎn)變?yōu)槎S模型的組合[4]。與傳統(tǒng)加工機(jī)床和模具相比，快速成型技術(shù)采用逐層增料加工的方式，是一種新型的技術(shù)交叉學(xué)科，相比其他技術(shù)手段，更為省時(shí)，成本也更低，具有明顯優(yōu)勢。

圖2 快速成型技術(shù)的工藝流程

3 快速成型技術(shù)在集成制造及數(shù)控機(jī)械制造中的應(yīng)用

3.1 快速成型技術(shù)在集成制造中的應(yīng)用

利用快速成型技術(shù)建立快速集成制造系統(tǒng)，不僅能夠快速完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)，還能解決批量生產(chǎn)問題。集成制造系統(tǒng)的核心技術(shù)是快速成型技術(shù)，綜合了三維CAD、快速制膜和三維測量技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)集成制造系統(tǒng)的建立。

以磨具制造過程為例。第一，如果采用直接制模技術(shù)，也就是按照實(shí)際需要，可直接進(jìn)行不同模具材料的制備，但由于快速成型技術(shù)的不斷發(fā)展，可用于原型制造的材料逐漸多元化，許多非金屬材料不僅熱穩(wěn)定性良好，而且機(jī)械強(qiáng)度也較高，能直接用于模具制造。比如，LOM成型技術(shù)，它所用的紙基原型就具有耐高溫性能好、硬度高的特點(diǎn)，進(jìn)行表面處理之后，可以使用成型模，成型模包括木模、蠟?zāi)；蛘吆辖鹉５榷喾N模板。然后，將成型模具進(jìn)行燒結(jié)、分解，再進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，經(jīng)過這一系列過程就能制造出合格的金屬模具。這種模具的特點(diǎn)是能夠進(jìn)行批量化發(fā)展。第二，如果是間接制膜，使用快速成型技術(shù)，首先完成模芯的制作，然后借助粉末燒結(jié)技術(shù)、硅橡膠制模技術(shù)和金屬噴涂制模技術(shù)等，進(jìn)行硬模具復(fù)制。這個(gè)過程中，可使用快速成型技術(shù)對原型表面進(jìn)行特殊處理，用來代替木模，最后通過金屬模具澆筑完成制造。

3.2 快速成型技術(shù)在數(shù)控機(jī)械制造中的應(yīng)用

數(shù)控機(jī)械制造的基礎(chǔ)是數(shù)控技術(shù)，零件的制造加工能夠在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行。數(shù)控機(jī)械制造是借助數(shù)字信息實(shí)現(xiàn)控制道具和零件的移動(dòng)，最后能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化，制造出批量零件。數(shù)控系統(tǒng)指令格式是程序按照機(jī)械零件的材質(zhì)，以及零件加工要求編制的，然后機(jī)床接收系統(tǒng)發(fā)出的指令，進(jìn)行相關(guān)運(yùn)動(dòng)或動(dòng)作，使機(jī)械制造實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

在數(shù)控機(jī)械制造中，快速成型技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛且重要?？焖俪尚图夹g(shù)的應(yīng)用使數(shù)控加工代碼能夠順利、準(zhǔn)確生成。為連接快速成型技術(shù)和數(shù)控加工技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)兩種技術(shù)的融合，數(shù)控加工代碼的編制必不可少。此處以金屬零件制造為例。當(dāng)前，應(yīng)用的快速成型技術(shù)較多，如DLF技術(shù)、SLS技術(shù)和SLM技術(shù)等，雖然這些技術(shù)能夠制造出金屬零件，但金屬零件制造的精度以及光潔度性能往往不高，而且機(jī)械性能也相對較差。但將快速成型技術(shù)融入數(shù)控機(jī)械技術(shù)，同時(shí)兼具快速成型技術(shù)的優(yōu)勢，比如，研發(fā)時(shí)間短、成本低，以及數(shù)控機(jī)械制造控制精度優(yōu)良，從而使金屬零件的制造快速、準(zhǔn)確、精度高，且表面光滑、機(jī)械強(qiáng)度高。

4 結(jié)論

應(yīng)用快速成型技術(shù)能夠使集成制造和數(shù)控機(jī)械制造向著成本更低、周期更短的方向發(fā)展。但目前，快速成型技術(shù)還存在一定的不足之處，如材料成本較高，很多材料還依賴國外進(jìn)口，而且很多技術(shù)并不是國內(nèi)自主研發(fā)的，在使用上有一定的限制。因此，需要不斷開發(fā)新的材料和工藝，大力發(fā)展快速成型技術(shù)，從而有效提升金屬零件的制造精度。