数控机床与打印的一体化制造研究

牛璞

摘要：数控机床的技术损失和非技术损失非常严重。通过3D打印技术与数控机床完美的结合，取长补短，可以有效减少加工过程的损失，提高生产效率，对于加快先进制造业的发展，促进信息化和工业化的深度融合，促进产业转型升级具有重要作用。

Abstract： The technical and non-technical losses of nc machine tools are very serious. The perfect combination of 3D printing technology and CNC machine tools can effectively reduce the loss of processing， improve production efficiency， and play an important role in accelerating the development of advanced manufacturing industry， promoting the deep integration of informatization and industrialization， and promoting industrial transformation and upgrading.

关键词：数控机床;3D 打印;一体化

0  引言

随着我国经济和制造业的不断发展，数控机床在我国工业生产中发挥着重要作用，但是当数控机床投入到实际生产中以后，暴露出了一系列的问题。它会在生产过程中产生大量的碎屑垃圾，其中包括气体垃圾和液体垃圾。这就是说数控机床在应用过程中会对环境造成很大的污染，时至今日，我们还没有找到一种能够切实解决这个问题的办法。

3D打印技术在国外得到了普遍应用，并且这种技术得到了迅速的发展，到了今天，这种技术已经日渐成熟。现在国外的很多工厂都已经能够熟练地运用这种技术。他们可以通过逐层添加金属粉末的方式进行生产。由3D打印技术生产出来的汽车、飞机等交通工具已经投入了使用。这就为我们发展大型机械投入到我们的制造业中，提供了全新的思路。但是单单依靠3D打印技术进行生产，仍然存在強度较低的问题。所以我们把3D技术与数控机床有效结合在一起，通过这种方式把数控机床产生的废屑直接加注到3D打印机中，通过加工以后，用于制造强度要求较低的部件。这样不仅提升了生产效率，而且做到了对废屑的再次利用，节省了成本，并且减少了生产过程中造成的污染问题。

1  数控机床与3D打印的介绍

1.1 数控机床与3D打印

随着科学技术的发展，到20世纪中叶的时候，自动化技术随着电子计算机的应用和数据处理技术的提升而被赋予了新的概念。数字化信号被成功运用到了机床加工中，这一技术的革新，促进了机床自动化的发展，于是产生了数控机床这样一中新型加工设备。而3D打印技术基于三维设计模型为蓝，运用软件技术进行分层离散，使金属粉末、塑料等特殊材料通过激光束把他们堆积粘结。最后，形成叠加状态，最终产生固体产品。

1.2 数控机床与3D打印的区别

数控机床在工作中，通常采用切削形式进行。通俗地讲就是数控机床采用的方式是在原材料上经过切削，去除多余的部分，最终让材料形成要求达到的形状。对于金属则采用锻造的方式进行加工。

而3D打印技术则与数控机床的工作方式不同，它使用的是添加式生产。3D打印机在工作的过程中，软件系统会通过辅助系统对目标产品进行扫描，然后把数据传送到3D打印机，然后会根据这些数据，把原材料进行堆叠，最终形成产品。

1.3 数控机床与3D 打印机的局限性

在机床使用过程中，各种损耗占大多数。材料利用率低，消耗大量加工时间。如果材料利用率能提高10%，每年可以节约10万多吨钢材。以航空发动机制造为例，零件加工过程中，材料的利用率只有15%。

3D打印技术截止到现在还不完善，生产加工存在局限性。如需要高强度的零件不能通过3D打印进行生产，高性能零件需要精确控制的零件也不能打印生产。

2  3D打印与数控机床相结合的必要性及应用

2.1 3D 打印与数控机床相结合的必要性

由于传统的处理方法消耗了大量的能源和材料，污染了环境，我们需要找到新的方法来解决今后的这种短缺问题。

减少3D 打印的成本，大幅减少材料浪费，消除模板制作等步骤。缩短了产品制造周期，提高了生产效率。3D 打印节省能源消耗，节省时间成本和劳动力成本等。

目前，3D打印技术仍不完善，加工产品受到某些限制，例如，不能3D打印生产高密度金属件，飞机引擎中的高性能部件不能制造，在制造过程中需要精确控制温度的部件目前不能打印。但是，数字控制处理方法，通过去除多余的材料生产的，不改变材料特性，处理部件的密度和质量都很高。

通过讨论，我们可以把两种方法结合起来，提高生产效率，减少浪费，避免环境污染。

2.2 数控机床和3D打印集成制造应用

一体化制造是一种将数字机器和3D打印结合在一起的制造形式。使用大规模的功率加工和质量要求，控制在生产和加工过程中产生的影响，制造同样的产品，使用新产品的密度很高，最终将整个安装到我们生活所需的产品或产品上。

数控和3D打印一体化主要在制造业应用，因为我国在大规模加工中生产的材料和能源消耗，减少加工过程中的材料和能源浪费，非常有效地提高生产和加工效率。

3  数控机床与3D打印集成制造工艺

3.1 数控机床生产过程分析

传统制造工艺包括切割和稳定原材料，以制造许多不同的部件。传统产品生产周期分析（图2）。

3.2 数控机床与3D打印一体化生产过程分析

3D一体haul设计是综合技术控制设计，产品的强度各不相同，适合各种组件的要求和处理，以各种不同的形式控制下的机器进行处理，生产和加工强度低。数字控制机器的生产周期分析（图3）。

从上述处理图中可以清楚地看出，综合生产可以避免许多步骤，避免因运输和再处理所切割的材料而造成的浪费。

3.3 数控机床与3D打印集成制造工艺

数字控制器中的3D打印是将材料处理与现代处理相结合，处理高密度产品部件，通过材料制造低密度产品的组合，具体如图 4。

从图4中可以清晰地看到集成制造工艺的加工方式，首先对原材料进行切削方式的加工，使原材料变成预定需要的形状，这时加工出的产品具有很好的强度。然后把生产产生的碎屑，通过回收的方式注入到金属粉碎器内加工成粉末。然后用3D打印机对这些粉末进行加工，通过这种方式可以生产出强度较低的产品，最后对产品进行组装，最终完成产品加工。

4  数控机床集成制造和三维印刷的发展意义

数控机床和3D打印的集成制造技术，颠覆了传统的加工方式。多年来，人们的制造方式都是通过减法来完成的，通过电源材料的切削来达到预定的形状。但是这种传统技术会造成大量的原材料浪费，并且会污染环境。

随着科学技术的发展，3D打印技术与数控机床完美的结合。使传统的减材制造方法与增材制造方法相融合，不仅节约了大量的原材料，而且减少了环境污染，有效提升了制造效率，对制造业的发展，具有重要的推动作用。

5  结论

通过研究，可以看到集成加工方法可以促进制造业的发展，降低生产成本，采用 “减法”和“加法”的融合不仅节约了原材料的浪费，而且减少了对环境的破坏。

参考文献：

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