基于快速成型技術的集成制造及微機械制造研究

摘 要：信息時代的到來對推動機械制造、集成制造等領域的發展起到至關重要的作用。以其中快速成型技術為例，其本身將現代較多先進學科技術如計算機技術、電子技術、光學技術等融入其中，使微機械制造、集成制造等效率得到大幅度提高，且生產加工質量也得到保障。對此，文章將對快速成型技術的相關概述、集成制造中的快速成型技術的應用，微機械制造中快速成型技術的應用以及快速成型技術發展方向進行探析。

關鍵詞：快速成型；集成制造；微機械制造；應用

前言

作為集現代材料學、激光、CAD以及精密機械于一體的先進技術，快速成型技術能夠在短時間內完成原型的制造，解決傳統加工制造中生產效率過低、加工質量難以保障且形狀復雜工件難以制作等難題。從現行快速成型技術的應用現狀看，其多集中在微機械、集成制造等領域中，能夠幫助加工制造企業創造更多的收益。因此，文章對微機械制造、集成制造中快速成型技術的運用研究，具有十分重要的意義。

1 快速成型技術的相關概述

關于快速成型技術，其又可稱之為快速原型制造技術，因其在成型材料的運用上極為不同，所以在成型特點、成型原理等方面存在一定的差異。但從整體看，大多快速成型系統在原理上表現出一定的共性，具體表現在以離散-堆積為成型方式為基礎，對CAD軟件應用下所構建的模型進行適當修改或轉換，這樣原有的三維虛擬表面將會被面片文件所替代。在此基礎上離散化整個虛擬實體，使面片文件形成層片文件形式，并做好檢驗與修整層片工作，使相應的數控加工代碼得以生成。最后，在CAM系統作用下，使所有控制材料能夠按照一定的形式疊加，完成三維實體的構建過程。區別于以往制造工藝，快速成型技術下，其在特點上表現為：第一，使產品研制周得以縮短?？焖俪尚图夹g運用下通常需配合CAD模型的使用，二者能夠進行無縫連接，自CAD模型構建直至原型構造完成，所耗費的時間極少，使產品生產效率得到極大程度的提高。第二，在成型過程中無需將工裝夾具、模具等引入其中，整個生產制造成本得到降低。在實際制作不同零部件活動中，僅需通過相應的軟件便可完成，產品一次成功率較高。第三，網絡技術的應用下使數據交換、異地操作等得以完成，用戶可將產品CAD數據利用網絡向制造商傳遞，這樣制造商可直接完成遠程制造過程[1]。

2 集成制造中快速成型技術的運用

集成制造中快速成型技術的應用多表現在相關系統開發方面。在集成制造領域中，該系統能夠使整個生產環節包括設計、批量生產等得以順利完成。整個集成制造系統中，其以快速成型技術作為核心，并將三維測量、三維CAD設置在系統前端，而模具技術則設置于系統后端。以現行較多如TCL、汽車鈑金件等為例，很大程度頭依托于快速成型集成系統實現。再如模具制造方面，快速成型技術在應用過程中主要表現在直接與間接兩種制模方式上。其中對于間接制模，將快速成型技術引入其中，主要在模芯制作的基礎上，做好硬模具復制工作，整個復制工序主要以粉末燒結、電極研磨以及硅橡膠等技術為主。將快速成型技術引入其中，無需利用傳統制作中的木模，其可直接構造相應的原型表面，使金屬模具的生產順利完成。而在直接制模過程中，可通過快速成型技術的運用完成不同材料的模具的制作過程。如較多非金屬材料，在該技術幫助下所生成的模具具有較強的熱穩定性、機械強度等。以LOM技術下構造的原型為例，其即使在溫度為200℃的環境下仍可保持較高的硬度。由于快速成型技術運用下在模具中有部分熔點低的金屬融入，所以整個模具在使用周期上較長，對于大批量生產較為適用[2]。

3 微機械制造中快速成型技術的運用

所謂微機械，其主要指最小長度為10um、1cm3為尺寸、結構集成度高且能夠利用計算機進行控制的機械。相比普通機械，微機械在實際制造過程中應保證具有較大的加工自由度與較高的加工分辨率，且自身尺寸應該較小，整體加工難度極高。尤其需注意微機械加工中的分辨率，其不僅包括成型過程中的分辨率，且需注意掃描中的分辨率。通常成型分辨率可理解為成型中的最小單位，而掃描分辨率側重于對掃描最小距離的描述。

文章在研究微機械制造過程中，主要選取液態樹脂光固化為例，其以快速成型技術為依托，對提升微機械制造效率與生產質量可起到明顯的作用。從微機械光成型技術應用特征看，其具體表現在：（1）點固化單元方面，其能夠直接對應機械加工分辨率，使分辨率的提高得到保障；（2）切片工藝。微機械制造過程中無需采取間歇性的切片方法，可采取直接切片形式，對解決傳統STL法應用下的誤差問題可起到明顯的改善效果，加上整個切片工序較為簡單，對微機械制造極為適用；（3）約束液面式的引入?？焖俪尚图夹g在微機械制造應用過程中，能夠利用約束液面式取代以往的自由液面式，使刮平裝置工序被完全省略，塵埃雜質、樹脂張力不會對整個系統產生影響；（4）光柵掃面得以改善?？焖俪尚图夹g在微光技術運用下能夠通過掃描工件內部完成掃描路徑的確定，無需引入矢量掃描方式，這樣掃描器空回問題將得到解決。除此之外，快速成型技術應用過程中，微機械制造中利用BMP格式替代以往的STL格式，這樣傳統工藝中存在的描述缺陷將得到有效控制，對固化單元精度提升可起到突出的作用。因此，快速成型技術應用下，對微機械制造極為適用[3]。

4 快速成型技術未來發展趨勢研究

微機械制造、集成制造中快速成型技術的應用可使成型制造效率得到很大程度的提升，且在產品精度與生產成本等方面都得到保障。從快速成型技術應用現狀看，其在未來發展中仍有較大的空間，可在快速成型的材料、工藝方面進行創新，且成型精度上應不斷提高。以成型材料的運用為例，現行微機械制造、集成制造中常用的材料主要以粘結材料、粉末燒結或液體聚合等為主，這些材料在成本上極高，為大多企業材料運用帶來極大的難題，所以快速技術未來應用中需在材料的使用方面進行不斷突破。同樣，在成型工藝方面，未來發展中需注重工藝運用下能夠提升成型速度與產品質量，且確保工藝的應用在成本上得到有效控制。另外，在成型精度方面，產生精度誤差的因素多集中在工藝過程、數據處理以及數控代碼等方面，所以在實際成型過程中應不斷對工藝參數進行優化，以此使成型件的精度得到保障[4]。

5 結束語

快速成型技術的應用是提高微機械、集成制造的生產效率、生產質量的關鍵所在。實際應用快速成型技術中，應正視快速成型技術的基本內涵，確保其在微機械制造、集成制造等方面的應用效果得到最大程度發揮，且注意在未來發展中做好材料、工藝等方面的創新，以此為企業帶來給你更多的經濟效益。

參考文獻

[1]張鈞.快速成型技術在集成制造及微機械制造中的應用[J].裝備制造技術，2014，1：128-130.

[2]吳義伯.電熱驅動的雙向雙穩態微繼電器及其集成制造工藝研究[D].上海交通大學，2011.

[3]婁琳，徐洪波.基于快速成型技術的陶瓷零件加工制造研究[J].科技信息，2011，4：212+214.

[4]潘海鵬.快速成型集成制造系統的集成方案分析[J].科技資訊，2011，36：58.

作者簡介：葉婷（1983，3-），女，浙江義烏人，工程碩士，講師，主要從事機械工廠方面的研究工作。