机械制造中金属材料快速成型技术探究

方伟涛

（加西贝拉压缩机有限公司，浙江 嘉兴 314000）

快速成型技术的出现时间并不长，于20 世纪80 年代末，这一技术的出现，标志着工业发展的成熟。具体来说，快速成型技术是机械制造业的一大创新突破，集多种工艺为一体的精密机械，可以在短时间内使得金属材料成型，优化了传统金属材料制造中的时间问题，且操作较为便捷，不需要使用机械加工设备就可以制造出原件。这一工艺技术的出现提高了机械制造业的产出效率和质量，可以在短时间内高质完成机械零件的制造。对此，本文对快速成型技术工艺做出详细的论述。

1 快速成型技术的基本原理和特点

快速成型技术与传统的制造技术不同，主要因原理本身存在差别，若想要在实际中正确运用，首先需要了解快速成型技术的基本原理和特点。

1.1 快速成型技术的基本原理

快速成型技术和字面意思相同，便于金属材料的快速成型。其构成也是集将现代CAM 技术、CAD 技术、计算机数控技术、激光技术、新材料技术结合起来，并进行优化形成。除此之外，快速成型技术有多种不同的工艺，具体要根据所需金属材料的功能选择符合的技术。但总的来说，其原理相同。由于其立体制造方式与打印机有相似之处，多数人也将其比喻成“立体打印机”。具体来说，快速成型技术原理，即成型方式，是充分利用工艺中的CAD 技术、CAM 技术。其中，CAD 技术负责描述出所需金属材料的模型，将数据资料录入到计算机中，计算机会根据指令绘制出虚拟模型，同时，还便于修改。提高机械零件的设计质量和效率。同时，还会对层片进行测验和修正，生成正确的数控加工代码。之后，再通过CAM 技术对材料进行控制，确保材料准确的叠加起来，形成一个三维实体。

1.2 快速成型技术的特点

快速成型技术不同于传统的机械材料制造技术，具有高效、便捷等特点，以下做出详细论述。

（1）省时、高效。传统的机械材料制造周期较长，短则几周，长则几个月，对机械制造商来说失去了市场先机。而快速成型技术具备CAD 技术，可以快速完成机械模型，最短的完成时间是几个小时，最长也只需要几十个小时就可完成，相比传统的制造技术来说，节省了大部分时间，对产品制造生产来说都非常有利。

（2）操作简捷。快速成型技术在材料制造中不需要特定的模具和工装夹具，省去了操作步骤，同时，也能降低材料的制造成本。除此之外，修改也较为便捷，可直接通过软件快速完成，便于产品一次成型。

（3）远程操控。快速成型技术加入了计算机技术，而通过计算机技术可以实时进行操作，不受时间地点的限制，用户只需要通过网络将机械材料的CAD 数据传输给制造商，便可快速制出成品，更加高效便捷。

2 快速成型系统的应用

快速成型技术是多种技术软件合成，可以快速提高机械零件制造。具体来说，在使用中，快速成型技术，通过快速成型系统可以直接完成材料的设计和后期的成产，之所以实现这一点就是快速成型技术发挥的主要作用。具体来说，快速成型技术在使用中通过CAD 三维设计技术，对机械材料进行绘制，再通过三维测量技术和快速制造模具技术便于机械制造材料快速成型。除此之外，快速成型技术不仅被应用到机械材料制造中，同时，也被应用到多种项目的研发和制造中，例如，我国西安交通大学研发的快速成型集成制造系统及设备，帮助过多家制造企业，如TCL、重庆长安汽车厂、长安汽车工业集体等单位。具体来说，在实际的应用中，机械快速成型技术制造也有区别，分为直接制模和间接制模两种，其制造方式、要求也各不相同，其中，直接制模与间接制模相比，直接制模方式较为便捷，只需要根据实际的制模需要就可以直接制造出不同材料的模具。其次，比如，一些材料不适合制模，但却有着较强的性能，那么，面对此类材料，则可以通过快速成型技术中的LOM 工艺成型技术，进行材料制造，通过前期的CAD 技术进行绘制，然后，对机械零件的表面进行处理，处理工作完成后，再使用砂型铸造的木模、铸型模、金铸膜等，然后，再利用选择性激光来烧结聚合物包覆的金属，就能得到含有金属的实体，最后，再将聚合物在一定温度下进行分解，就可直接制造出金属模具。这种方式下的制造出的模具使用时间较长，同时还可以大批量地生产。

间接模具：间接模具的制造相对来说较为较为复杂，与直接制模的方式存在差别。具体来说，间接制模的先利用快速成型技术制造出材料的模芯，再使用模芯进行精密铸造、硅橡胶、金属喷涂制模、电极研磨及粉末烧结等技术来复制模具，或者再制造母模、复制软模具等，再通过快速成型技术得到原型表面，再对其进行特殊处理代替木模，最后，直接制造陶瓷或是石膏浇筑出金属模具。

3 快速成型技术在微机械制造中的应用

快速成型技术在实际的应用中有规范要求，如要保证零件符合质量标准，其次，总体尺寸要在在1cm3以下，最小长度在10μm 左右，零件结构也要高度集成化，且满足计算机控制的要求。

此外，微机械与普通机械的差别明显不同，相比普通尺寸来说较小，加工分辨率高、加工起来也较为灵活，对普通机械加工来说更加细致。在微机械加工中，还要重视加工分辨率，以此来看出微机械零件的制造质量。具体来说，微机械零件加工中的分辨率可分为两种：扫描分辨率和成型分辨率，两种分辨率的使用功能不同，其中，扫描分辨率主要是扫描机移动的最小距离，而成型分辨率则是成型的最小单位。另外，在微机械制造工艺中，最为适用的工艺有液态树脂光固化塑成型工艺，这种工艺技术相比传统工艺技术来说优势更大，可直接通过固化单元、约束液片、BMP 数据格式等特点提高机械制造质量。对此，以下具体的工艺操作做出详细论述。

（1）点固化单元。该工艺技术在实际的操作中采用线固化，但快速成型技术中的点固化方式出现了改变，相比传统工艺来说，其直接与加工分辨能力相对性，更便于加工分辨率的研究。

（2）约束液片。传统的技术中均采用自由液面式，而在快速成型技术中则又加入了约束液面式，省去了多余时间，同时，还能有效节省树脂。

(3)刮平装置。传统刮平装置技术中经常适用间接切片，较为烦琐，但快速成型技术中则是采用直接切面的方式，提高了工作效率和质量。

（4）矢量扫描。快速成型技术的矢量扫描更加准确，通过光栅扫描省区扫描器的空回。

（5）BMP 数据格式。BMP 数据格式是快速成型技术中的又一改进技术，相比传统的STL 数据格式可以提高固化单元精度。

4 快速成型技术今后的研究重点

为了进一步地提高快速成型技术的功能和效率，还需要不断地进行研究。但在社会和科技的发展中，人们对产品的要求也越来越高，这就需要加速产品的更新换代，对还需不断的完善快速成型技术，促进各类产品快速、高精度、低成本的制造。对此，则对快速成型技术的几点改进方向做出几点建议。

（1）加快新型材料的研究。就目前来说，快速成型技术所适用的材料较少，常用的材料仅有液体聚合、固化类材料、粉末烧结和粘结材料等，而其中多数材料我国国内较为匮乏，还需从国外进口，加大了材料成本，这对大型制造企业来说虽不会带来太大影响，但对小型发展企业来说则较为困难。对此，这就需要加大新材料的开发，促进我国制造业的发展。

（2）快速成型新工艺。快速成型技术的出现对传统的制造业来说，带来了新的挑战和机遇，成型方法也越来越多，因此，这就需要加速新工艺的研究。

（3）快速成型精读。快速成型技术虽比传统技术的优势更多，但其精度有待提高，最终导致材料出现误差。其原因在于数据处理、工艺参数，其中工艺参数是造成这一问题的主要原因。基于此，就需要不断地研究工艺参数，从而提高快速成型中机械零件的精度。

5 结语

快速成型技术的出现对机械制造材料来说有着积极的作用，可以省去多余的时间，使得材料制造更加便捷，提高机械制造材料效率，为制造企业创造出更大的机会。但随着社会的发展，快速成型技术也会出现新的问题，对此就需要不断地进行研究，优化工艺，提高工艺质量。笔者相信，在科技经济的带动下，快速成型技术会不断成熟和完善，其使用功能也会得到进一步的开发，将会在更多的领域被广泛应用。