快速成型技术在集成制造及数控机械制造中的应用分析

李 建

（常德达门船舶有限公司，常德 415002）

1 快速成型技术原理介绍

快速成型技术是综合CAD（计算机辅助设计）、CNC（计算机数字控制）和CAM（计算机辅助制造），以及精密伺服驱动和激光、新材料等一系列先进技术，进行产品制造和新产品设计[1-3]。它实现零件成型的原理是离散—堆积，具体过程如图1所示。首先，使用性能优异的计算机辅助设计软件设计出零件的模型或三维曲面，然后进行模型转化，以STL格式输出（或者其他格式），再按照工艺要求设定一定的厚度，在Z轴或其他方向上对CAD模型切片分层，每一个截面层上都具有二维平面信息；接着进行工艺处理，根据层面信息选择加工参数，刀具移动轨迹以及数控加工代码将由系统自动生成；为确保数控代码不出现错误，还需要对加工过程进行仿真；之后在数控装置的协助下，激光束或者别的工具能够实现精确运动，运用轮廓扫描的方式，加工出设计好的截面形状，并铺上成型材料；继续加工，直到零件加工完毕。

图1 快速成型技术原理

2 快速成型技术的工艺流程

图2是快速成型技术的工艺流程。快速成型技术与传功的加工方法“去除”不同，它采用的是“增长”的加工方法，是一种全新的加工法，可以实现复杂的三维模型转变为二维模型的组合[4]。与传统加工机床和模具相比，快速成型技术采用逐层增料加工的方式，是一种新型的技术交叉学科，相比其他技术手段，更为省时，成本也更低，具有明显优势。

图2 快速成型技术的工艺流程

3 快速成型技术在集成制造及数控机械制造中的应用

3.1 快速成型技术在集成制造中的应用

利用快速成型技术建立快速集成制造系统，不仅能够快速完成产品设计，还能解决批量生产问题。集成制造系统的核心技术是快速成型技术，综合了三维CAD、快速制膜和三维测量技术，最终实现集成制造系统的建立。

以磨具制造过程为例。第一，如果采用直接制模技术，也就是按照实际需要，可直接进行不同模具材料的制备，但由于快速成型技术的不断发展，可用于原型制造的材料逐渐多元化，许多非金属材料不仅热稳定性良好，而且机械强度也较高，能直接用于模具制造。比如，LOM成型技术，它所用的纸基原型就具有耐高温性能好、硬度高的特点，进行表面处理之后，可以使用成型模，成型模包括木模、蜡模或者合金模等多种模板。然后，将成型模具进行烧结、分解，再进行高温烧结，经过这一系列过程就能制造出合格的金属模具。这种模具的特点是能够进行批量化发展。第二，如果是间接制膜，使用快速成型技术，首先完成模芯的制作，然后借助粉末烧结技术、硅橡胶制模技术和金属喷涂制模技术等，进行硬模具复制。这个过程中，可使用快速成型技术对原型表面进行特殊处理，用来代替木模，最后通过金属模具浇筑完成制造。

3.2 快速成型技术在数控机械制造中的应用

数控机械制造的基础是数控技术，零件的制造加工能够在数控机床上进行。数控机械制造是借助数字信息实现控制道具和零件的移动，最后能够实现自动化，制造出批量零件。数控系统指令格式是程序按照机械零件的材质，以及零件加工要求编制的，然后机床接收系统发出的指令，进行相关运动或动作，使机械制造实现自动化控制。

在数控机械制造中，快速成型技术的应用非常广泛且重要。快速成型技术的应用使数控加工代码能够顺利、准确生成。为连接快速成型技术和数控加工技术，并实现两种技术的融合，数控加工代码的编制必不可少。此处以金属零件制造为例。当前，应用的快速成型技术较多，如DLF技术、SLS技术和SLM技术等，虽然这些技术能够制造出金属零件，但金属零件制造的精度以及光洁度性能往往不高，而且机械性能也相对较差。但将快速成型技术融入数控机械技术，同时兼具快速成型技术的优势，比如，研发时间短、成本低，以及数控机械制造控制精度优良，从而使金属零件的制造快速、准确、精度高，且表面光滑、机械强度高。

4 结论

应用快速成型技术能够使集成制造和数控机械制造向着成本更低、周期更短的方向发展。但目前，快速成型技术还存在一定的不足之处，如材料成本较高，很多材料还依赖国外进口，而且很多技术并不是国内自主研发的，在使用上有一定的限制。因此，需要不断开发新的材料和工艺，大力发展快速成型技术，从而有效提升金属零件的制造精度。