快速成型技术在集成制造及微机械制造中的应用探讨

摘 要 随着科技的进步，快速成型技术日趋完善和成熟，在集成制造与微机械制造领域得到了大量的应用。这极大缩短了产品生长周期，节省了研制成本，也大幅提高了产品生产质量。本文就该技术在集成制造与微机械制造中的应用进行简要介绍，以期推动该技术更好地发展。

关键词 快速成型技术；集成制造；微机械制造

快速成型技术源自20世纪80年代，是一种新型的生产制造技术，涉及CNC、CAD、激光、精密机械、材料学等先进技术。它突破了传统加工模式，无须机械加工设备就能在短时间内制造出形状复杂的工件。近年来集成制造与微机械制造行业大量引入该技术，有力促进了我国现代制造业的发展。

1 快速成型技术的工作原理

这项新技术是在现代CAM/CAD技术的基础上，融合了计算机数控技术、激光技术、新材料学等技术发展而成的。快速成型系统分为多种，所运用的成型材料也是不一样的，其成型机理与特点也是有差别的。其中“分层制造、逐层叠加”属于快速成型技术的基本原理。具体来讲就是基于“离散—堆积”的成型原理，借助CAD软件制作出数字化CAD模型，将三维虚拟实体的表面进行处理，转换为由一系列三角面片形成的表面，也就是所谓的一个面片文件。选取虚拟三维实体的某个方向，顺着此方向对模型进行离散化处理，将其分解为具有一定厚度的层片文件。对层片修正、检验后便可获得相关数控加工代码，经CAM完成叠加处理后最终得到三维实体[1]。

2 快速成型技术在集成制造领域中的应用

快速成型技术在集成制造行业中的应用主要集中在快速成型集成制造系统的开发方面。所采用的关键技术就是此技术，在系统前端还加入了三维CAD技术与三维测量技术，在系统后端加入了快速制造模具技术。比如，运用较多的TCL、汽车钣金件，大多是依靠快速成型集成系统生产的。又如，此技术在制造模具领域中的应用体现在两方面，包括直接制模方式与间接制模方式。关于间接制模，一般在完成模芯制造后借助此技术对硬模具实施复制处理。在这一环节中运用的技术主要有粉末烧结、电极研磨、硅橡胶等。传统制造过程中必须用到木模，但引入此技术后可省略这一环节，直接制造所需的原型表面，从而完成金属模具的制造[2]。就直接制模来说，运用该技术可对不同材质的模具进行制作。其中，非金属材料大多运用直接制模生产，运用该技术获得的模具具有良好的机械强度与热稳定性。

3 快速成型技术在微机械制造领域中的应用

微机械是指最小长度在10m、1cm3大小，结构集成度高，并能通过计算机对机械进行控制[3]。微机械与普通机械在生产制造过程中存在一定的差异，它要求更大的加工自由度，并且加工分辨率要高。因为尺寸非常小，加工难度相对很高。就分辨率而言，微机械加工的分辨率包括两种，一是成型中的分辨率，二是扫描中的分辨率。就成型分辨率来说，通常我们可将其视为成型中的最小单位。扫描分辨率更侧重于对扫描最小距离的描述。本文以液态树脂光固化为例，通过快速成型技术提高微机械生产制造效率。分析该技术的应用情况可归纳出以下幾大特点：①点固化单元：能够直接对应机械加工分辨率，进而保证分辨率的提升。②切片工艺：生产微机械的时候可采用直接切片方法，取代传统的间歇性切片方法。这有助于改善传统STL法应用下产生的误差问题。另外，切片操作比较简单，非常适合微机械制造。③引入约束液面式：将该技术引入微机械制造领域中，用约束液面式直接代替了传统的自由液面式。图1a表示一般光造型技术所用的自由液面式，而图1b表示的是约束液面式，可直接省去刮平装置这道工序，整个系统不会受到尘埃杂质、树脂张力等因素的干扰，不仅制作时间大幅缩短，而且也提高了零件制作的精度。④光栅扫面获得明显改善：在微光技术的配合下能够用快速成型技术完成对工件内部的扫描处理，然后制作出相应的扫描路径。在此无须使用矢量扫描法，避免了扫描器空回问题。此外，在运用快速成型技术的时候，微机械制造中的传统STL格式会被BMP格式取代，有利于控制传统生产工艺中存在的描述缺陷，大幅提升固化单元精度。

参考文献

[1] 张钧.快速成型技术在集成制造及微机械制造中的应用[J].装备制造技术，2014，17（1）：128-131.

[2] 王雅先.激光选区烧结快速成型技术在模具制造中的应用[J].铸造技术，2012，33（7）：839-840.

[3] 朱涛.快速成型技术在集成制造及数控机械制造中的应用探究[J].科技与创新，2018，12（8）：145-146.

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