快速成型技术在集成制造及数控机械制造中的实践探索

江苏省常州市技师学院 吴丹 魏小燕

随着科学技术的不断发展和进步，当前市场中各类产品的更新换代非常快速，这就对产品制造、新产品设计和研发工作，提出了更加严格的要求，需要保证产品能够满足市场实际要求的基础上，更加快速地制造出产品原型。传统的原型制造工作中，不仅有成本高、周期长等特点，同时制造出来的原型也无法满足市场的实际需求，在这种背景下，快速成型技术出现，解决了传统技术中的诸多不足。因此，当前有必要通过对该项技术的原理以及特点进行分析，了解其在集成制造、数控机械制造中的实际应用情况，进一步促使该项技术能够大力发展以及应用。

1 快速成型技术概述

1.1 原理

快速成型技术在实际的应用中，需要使用计算机进行辅助，辅助的方面主要涉及设计和制造，同时需要数控技术、激光技术的支持，应用该技术能够保证智能制造、生产管控的水平实现明显的提升。由于成型材料的实际差异性，造成成型系统的类型、特征在差异上比较大，但是技术的核心流程基本上一致。即逐层叠加以及分层制造与3D打印技术比较类似。简单来说，就是将计算机作为一种载体，在离散、堆积的作用下，使用不同的方式对材料进行堆积，最终将整个产品的成型、制造工作完成[1]。基于快速成型技术，实施的零件生产工作，其原理可以从两个方面分析：首先，从成型的角度分析，对零件的参数设计，可以看作是点和面的叠加，即将数据导入到模型中后，利用离散获得零件的相关信息，然后再将实际参数与规定参数结合在一起，从点到面对零件进行堆积。其次，从制造的角度分析，CAD具备的超强造型能力，可以完全获取零件的三维生产信息，使用快速成型对多维系统进行控制，并且在激光束的实际辅助下，将材料堆积成具体的产品。

1.2 特点

快速成型技术主要有以下几个方面的特点：一、该项技术对于材料的适应能力比较强，各种金属材料或者是非金属材料，都能够投入到实际的使用中。二、快速成型技术，可以通过应用复制功能，实现对产品的原型还原，具备比较强的互换性。三、制造工艺具备比较强的可塑性，对于各种复杂的曲面，也能够实现非常准确的加工[2]。四、加工使用的周期比较短，即使面对一些比较复杂的产品，也可以在规定的时间内将其加工完成，同时还可以节省大概一半的制造费用。五、技术的集成度相对比较高，能够与一些其他的制造核技术结合在一起应用，实现一体化的制造效果。

2 快速成型技术在集成制造及数控机械制造中的实践

2.1 集成制造中的实际应用

在集成制造中，可以利用快速成型技术，建立起快速集成制造相关系统，该系统不仅可以快速地将产品设计工作完成，同时还可以解决集成制造中，批量生产的实际问题。该系统的核心技术就是快速成型相关技术，其主要将CAD、三维测量，以及快速制模技术结合在了一起，建立起与集成制造相关的全新制造系统。由于市场对于制造的实际需求，当前制造的标准也在不断地发生变化，而快速成型相关的技术，在集成制造行业应用范围也越来越广泛，在制造模具的时候可以用直接、间接制模开展制造工作[3]。首先，采用直接制模方式实施制造工作，是按照制造的实际需要，直接对不同模具材料开展制备工作。但是由于快速成型发展比较迅速，能够被应用在原型制造中的材料，逐渐变得更加多元化，很多金属材料具备稳定性好、机械程度高等优势，能够直接在模具制造中应用。如LOM成型技术，其使用的纸基原型，有非常好的耐高温、高硬度等特点，在对表面进行处理之后，可以应用成型模。成型模主要包括木模、蜡膜或者是合金模等多种不同的模板。材料制备完成后，接着就可以将成型模具实施烧结和分解工作，再次进行高温的烧结，在这一系列过程完成之后，就能够制造出符合实际要求的金属模具。这类模具的优势是能够实现批量化的生产，能够提升效率，通过提升大批量的生产效率，减少人力和物力资源的应用。其次，如果是在间接制模的前提下，使用快速成型相关技术，最先要做的就是制作出膜芯，接着利用粉末烧结的技术、硅橡胶制模的技术以及金属喷涂制模相关技术等，对模具进行复制。在整个过程中，可以快速地利用快速成型技术，对原型的表面实施特殊处理，用来代替木模。在所有步骤完成之后，就可以通过金属模具浇筑工作，完成整个制造工作[4]。

2.2 数控机械制造中的实际应用

数控机械制造是应用数控技术完成的一个制造过程，其核心内容是数控技术，在该制造系统中，对于零件的加工工作，可以直接在数控机床中完成。数控机械制造是利用计算机，实现对道具、零件的控制，通过自动化的技术手段将零件批量地制造出来。数控系统的指令格式，是数控技术程度按照零件的不同材质，针对性地实施具体动作来保证机械制造能够实现自动化的控制。在数控机械的制造中，快速成型技术也实现了比较广泛的应用，应用该技术能够保证数控加工码更加准确、顺利地生成，因此，为了能够连接快速成型、数控加工两种技术，实现技术上的融合，编制数控加工码是非常重要的一项内容。首先，当前可以应用的快速成型技术虽然非常多，如SLS、SLM技术等，这些技术都能够制造出各类的金属零件，但是在制造精确度以及光洁度方面，还存在一定的不足，并且机械性能也比较差[5]。因此，将快速成型技术融入之后，就能够体现出该技术的实际优势，如在研发方面花费的时间比较短、控制精确度能力比较强、保证零件能够快速准确地制造、零件表面光滑等。以技术零件的实际制造过程为例，由于快速成型技术自身已经包含了分层制造、数控技术，其在编制加工代码方面，能够实现与数控制造系统的相辅相成，在工作人员将快速成型处理过程中的代码，导入到数控制造系统中后，可以融合入电子束融成型等工艺，使其能够应用在产品的实际加工过程中，进而保证能够在快速成型的辅助下，完成对技术产品的实际加工过程，对零件的机械性能、表面光洁度进行有效改善，这也是传统工艺无法企及的。

2.3 快速成型技术的发展方向

快速成型实现了非常广泛的应用，在各个领域均体现出了非常大的作用。因此，为了能够保证在应用该项技术过程中，真正满足产品生产低成本、高质量、高精度、周期短等具体的要求，在未来，技术的实际发展情况，可以从三个方向考虑：首先新材料的研究、开发方面，首先需要将现有的材料，尤其是功能型材料实施改造以及预处理，保证其能够适应该项技术的实际工艺要求。同时，需要从该项技术的特点出发，与实际应用的要求相结合，研发出全新的材料，尤其是复合型材料，如纳米材料、非均质材料以及其他方式难以完成制作的全新复合型材料等。发现全新的低成本材料，以此保证能够降低材料的成本。其次，在初始阶段，快速成型机成型的大部分材料都为树脂、塑料、纸等，其与产品的真实材料，在性质上存在一定的差别，因此，需要通过二次复制工作，完成成型工作。而随着SLS这类可以直接对金属材料、陶瓷材料进行制造机械设备的出现，其他成型机也开始不断地探索直接成型高性能材料的方式，促使成型制作、真实产品能够完全相符。然而在这个过程中，为了解决粘结、翘曲等问题，应用的材料大部分是金属或者陶瓷，与高分子材料的一种混合物[6]。因此，在成型之后需要进一步进行烧结固化，将粘结剂烧掉，并且在缝隙中加入金属，在这种情况下，后续的工序处理上相对比较麻烦，并且对于翘曲的情况也难以控制，这些都是需要积极克服的问题。二，对现有的成型设备进行优化，选择性价比好、使用寿命长的部件，能够保证操作变得更加快速和简洁，操作更加方便，并且速度更快。因此，在未来一段时间内，开发出不同用途、不同档次的设备，是快速成型的一个重要发展方向[7]。同时，由于快速成型对于数据的处理过程，需要将CAD模型数据按照一定的方向离散，形成层片模型相关数据，为加工层片变成实体提供一定便利。当前分层方式开始从传统的二维发展成为空间分层，具体来说，在分层方面的演变，主要有两种，即平面变成曲面、二维发展成三维。

3 结语

快速成型的技术，自身具备减少产品制造周期、降低制造成本、实现数据的异地交换等特点，已经成为集成制造、数控制造系统中不可缺少的一项基础技术。虽然在融合后的制造系统，在水平上实现了比较大的提升，但是在实际应用该技术过程中，仍然需要注重实际的操作过程。对快速成型的精度等各个方面可能出现的各种问题。以此保证能够真正发挥出该技术在制造系统中的优势，生产出更多的低成本、高精度产品，为该技术以及制造业实现更好地发展，起到积极的促进作用。