基于快速成型技术的集成制造及微机械制造研究

摘 要：信息时代的到来对推动机械制造、集成制造等领域的发展起到至关重要的作用。以其中快速成型技术为例，其本身将现代较多先进学科技术如计算机技术、电子技术、光学技术等融入其中，使微机械制造、集成制造等效率得到大幅度提高，且生产加工质量也得到保障。对此，文章将对快速成型技术的相关概述、集成制造中的快速成型技术的应用，微机械制造中快速成型技术的应用以及快速成型技术发展方向进行探析。

关键词：快速成型；集成制造；微机械制造；应用

前言

作为集现代材料学、激光、CAD以及精密机械于一体的先进技术，快速成型技术能够在短时间内完成原型的制造，解决传统加工制造中生产效率过低、加工质量难以保障且形状复杂工件难以制作等难题。从现行快速成型技术的应用现状看，其多集中在微机械、集成制造等领域中，能够帮助加工制造企业创造更多的收益。因此，文章对微机械制造、集成制造中快速成型技术的运用研究，具有十分重要的意义。

1 快速成型技术的相关概述

关于快速成型技术，其又可称之为快速原型制造技术，因其在成型材料的运用上极为不同，所以在成型特点、成型原理等方面存在一定的差异。但从整体看，大多快速成型系统在原理上表现出一定的共性，具体表现在以离散-堆积为成型方式为基础，对CAD软件应用下所构建的模型进行适当修改或转换，这样原有的三维虚拟表面将会被面片文件所替代。在此基础上离散化整个虚拟实体，使面片文件形成层片文件形式，并做好检验与修整层片工作，使相应的数控加工代码得以生成。最后，在CAM系统作用下，使所有控制材料能够按照一定的形式叠加，完成三维实体的构建过程。区别于以往制造工艺，快速成型技术下，其在特点上表现为：第一，使产品研制周得以缩短。快速成型技术运用下通常需配合CAD模型的使用，二者能够进行无缝连接，自CAD模型构建直至原型构造完成，所耗费的时间极少，使产品生产效率得到极大程度的提高。第二，在成型过程中无需将工装夹具、模具等引入其中，整个生产制造成本得到降低。在实际制作不同零部件活动中，仅需通过相应的软件便可完成，产品一次成功率较高。第三，网络技术的应用下使数据交换、异地操作等得以完成，用户可将产品CAD数据利用网络向制造商传递，这样制造商可直接完成远程制造过程[1]。

2 集成制造中快速成型技术的运用

集成制造中快速成型技术的应用多表现在相关系统开发方面。在集成制造领域中，该系统能够使整个生产环节包括设计、批量生产等得以顺利完成。整个集成制造系统中，其以快速成型技术作为核心，并将三维测量、三维CAD设置在系统前端，而模具技术则设置于系统后端。以现行较多如TCL、汽车钣金件等为例，很大程度头依托于快速成型集成系统实现。再如模具制造方面，快速成型技术在应用过程中主要表现在直接与间接两种制模方式上。其中对于间接制模，将快速成型技术引入其中，主要在模芯制作的基础上，做好硬模具复制工作，整个复制工序主要以粉末烧结、电极研磨以及硅橡胶等技术为主。将快速成型技术引入其中，无需利用传统制作中的木模，其可直接构造相应的原型表面，使金属模具的生产顺利完成。而在直接制模过程中，可通过快速成型技术的运用完成不同材料的模具的制作过程。如较多非金属材料，在该技术帮助下所生成的模具具有较强的热稳定性、机械强度等。以LOM技术下构造的原型为例，其即使在温度为200℃的环境下仍可保持较高的硬度。由于快速成型技术运用下在模具中有部分熔点低的金属融入，所以整个模具在使用周期上较长，对于大批量生产较为适用[2]。

3 微机械制造中快速成型技术的运用

所谓微机械，其主要指最小长度为10um、1cm3为尺寸、结构集成度高且能够利用计算机进行控制的机械。相比普通机械，微机械在实际制造过程中应保证具有较大的加工自由度与较高的加工分辨率，且自身尺寸应该较小，整体加工难度极高。尤其需注意微机械加工中的分辨率，其不仅包括成型过程中的分辨率，且需注意扫描中的分辨率。通常成型分辨率可理解为成型中的最小单位，而扫描分辨率侧重于对扫描最小距离的描述。

文章在研究微机械制造过程中，主要选取液态树脂光固化为例，其以快速成型技术为依托，对提升微机械制造效率与生产质量可起到明显的作用。从微机械光成型技术应用特征看，其具体表现在：（1）点固化单元方面，其能够直接对应机械加工分辨率，使分辨率的提高得到保障；（2）切片工艺。微机械制造过程中无需采取间歇性的切片方法，可采取直接切片形式，对解决传统STL法应用下的误差问题可起到明显的改善效果，加上整个切片工序较为简单，对微机械制造极为适用；（3）约束液面式的引入。快速成型技术在微机械制造应用过程中，能够利用约束液面式取代以往的自由液面式，使刮平装置工序被完全省略，尘埃杂质、树脂张力不会对整个系统产生影响；（4）光栅扫面得以改善。快速成型技术在微光技术运用下能够通过扫描工件内部完成扫描路径的确定，无需引入矢量扫描方式，这样扫描器空回问题将得到解决。除此之外，快速成型技术应用过程中，微机械制造中利用BMP格式替代以往的STL格式，这样传统工艺中存在的描述缺陷将得到有效控制，对固化单元精度提升可起到突出的作用。因此，快速成型技术应用下，对微机械制造极为适用[3]。

4 快速成型技术未来发展趋势研究

微机械制造、集成制造中快速成型技术的应用可使成型制造效率得到很大程度的提升，且在产品精度与生产成本等方面都得到保障。从快速成型技术应用现状看，其在未来发展中仍有较大的空间，可在快速成型的材料、工艺方面进行创新，且成型精度上应不断提高。以成型材料的运用为例，现行微机械制造、集成制造中常用的材料主要以粘结材料、粉末烧结或液体聚合等为主，这些材料在成本上极高，为大多企业材料运用带来极大的难题，所以快速技术未来应用中需在材料的使用方面进行不断突破。同样，在成型工艺方面，未来发展中需注重工艺运用下能够提升成型速度与产品质量，且确保工艺的应用在成本上得到有效控制。另外，在成型精度方面，产生精度误差的因素多集中在工艺过程、数据处理以及数控代码等方面，所以在实际成型过程中应不断对工艺参数进行优化，以此使成型件的精度得到保障[4]。

5 结束语

快速成型技术的应用是提高微机械、集成制造的生产效率、生产质量的关键所在。实际应用快速成型技术中，应正视快速成型技术的基本内涵，确保其在微机械制造、集成制造等方面的应用效果得到最大程度发挥，且注意在未来发展中做好材料、工艺等方面的创新，以此为企业带来给你更多的经济效益。

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，2014，1：128-130.

[2]吴义伯.电热驱动的双向双稳态微继电器及其集成制造工艺研究[D].上海交通大学，2011.

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

[4]潘海鹏.快速成型集成制造系统的集成方案分析[J].科技资讯，2011，36：58.

作者简介：叶婷（1983，3-），女，浙江义乌人，工程硕士，讲师，主要从事机械工厂方面的研究工作。

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