先進(jìn)制造技術(shù)盛步云

武漢理工大學(xué)盛步云教授、博導(dǎo)中職國(guó)培機(jī)械制造與控制專業(yè)

先進(jìn)設(shè)計(jì)加工技術(shù)1、先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)(OptimizeDesign)虛擬設(shè)計(jì)(VirtualDesign)有限元分析(InfiniteAnalysis)可靠性設(shè)計(jì)(ReliabilityDesign)2、加工、成形制造技術(shù)——將原材料、半成品加工成為產(chǎn)品的方法和過(guò)程?！尚喂に嚾コ尚问芷瘸尚味逊e成形生成成形加工精度不斷提高加工速度得到提高材料科學(xué)的變革重大裝備促進(jìn)——大型、大容量、高效率優(yōu)質(zhì)清潔表面工程熱成形過(guò)程數(shù)值模擬5um(3um)精密加工0.3-3um超精密0.03-0.3納米<0.03um2.1發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)成形技術(shù)——鑄造：輕量化、精確化、強(qiáng)韌化、復(fù)合化、無(wú)污染鍛造：凈成形CAE相結(jié)合焊接：高能密度焊接發(fā)展，柔性化、智能化、自動(dòng)化快速原型、激光表面處理計(jì)算機(jī)模擬、虛擬制造2.1發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)3精密潔凈鑄造工藝精密、潔凈、高效無(wú)機(jī)化學(xué)粘接劑型砂——水玻璃、水泥有機(jī)化學(xué)粘接劑型砂——植物油金屬型鑄造工藝擠壓鑄造技術(shù)消失（氣化）模）鑄造技術(shù)3.1壓力鑄造高壓力：幾到幾十Mpa~5000Mpa短時(shí)間：0.02s~0.2s高速度：0.5m/s~50m/s120m/s3.1壓力鑄造開(kāi)發(fā)新型的壓射控制系統(tǒng)（致密薄件）新壓鑄工藝（消除缺陷，提高質(zhì)量）開(kāi)發(fā)和應(yīng)用新的壓鑄合金材料（金屬基復(fù)合材料MMCs、壓鑄鎂合金、高鋁鋅基合金）開(kāi)發(fā)和應(yīng)用快速原型制造技術(shù)開(kāi)展CAD/CAM/CAE系統(tǒng)研究與應(yīng)用3.2擠擠壓鑄鑄造技術(shù)術(shù)1937蘇聯(lián)問(wèn)問(wèn)世———液態(tài)金金屬模壓壓——液液壓模鍛鍛——液液壓鑄造造定義：澆澆入金屬屬型中的的液態(tài)金金屬，在在通過(guò)沖沖頭傳遞遞壓力作作用下進(jìn)進(jìn)行填充充、成型型和凝固固結(jié)晶。。特點(diǎn)尺寸精度度高、粗粗糙度低低鑄件在在凝固固過(guò)程程中能能得到到有效效補(bǔ)縮縮、無(wú)無(wú)鑄造造缺陷陷組織致致密性性好、、晶粒粒細(xì)化化、力力學(xué)性性能好好無(wú)澆冒冒口，，減少少液態(tài)態(tài)金屬屬消耗耗3.3消消失失模鑄鑄造（（EPC））原理：：發(fā)泡成成型機(jī)機(jī)制成成泡末末塑料料模樣樣（鑄鑄件和和澆注注系統(tǒng)統(tǒng)模樣樣）粘結(jié)成成實(shí)體體模組組、涂涂刷特特制涂涂料、、干燥燥放入特特制砂砂箱、、填入入干砂砂三維振振動(dòng)緊緊實(shí)、、抽真真空澆澆鑄泡沫模模型氣氣化消消耗被被金屬屬置換換特點(diǎn)近無(wú)余余量新新型成成型工工藝藝（無(wú)無(wú)須取取模、、無(wú)分分型面面、無(wú)無(wú)泥砂砂芯、、無(wú)飛飛邊、、無(wú)拔拔模斜斜度、、重量量減少少30-40%）鑄件精精度高高、缺缺陷少少無(wú)環(huán)境境公害害，易易實(shí)現(xiàn)現(xiàn)清潔潔生產(chǎn)產(chǎn)方便逐逐漸結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)（（通過(guò)過(guò)粘結(jié)結(jié)一次次鑄造造）簡(jiǎn)化砂砂處理理工序序、減減少占占地面面積、、降低低設(shè)備備費(fèi)用用4精精確高高效金金屬塑塑性成成型工工藝傳統(tǒng)：：雜制制軋制制、擠擠壓、、拉拔拔、鍛鍛造、、沖壓壓超塑成成型、、等溫溫成型型、輥輥鍛和和鍥橫橫軋技技術(shù)、、粉末末成型型工藝藝4.1超超塑塑等溫溫成形形超塑性性：材材料在在低載載荷作作用下下，拉拉伸變變形的的伸長(zhǎng)長(zhǎng)率大大于100%（（黑色色：40%、有有色：：60%已知材材料200多種種（鋅鋅、鋁鋁、銅銅、鈦鈦合金金）關(guān)鍵在在：材材料成形特特點(diǎn)形狀復(fù)復(fù)雜的的工件件可一一次成成形組織細(xì)細(xì)小、、均勻勻、性性能好好、穩(wěn)穩(wěn)定變形抗抗力小小---無(wú)無(wú)加工工硬化化流動(dòng)應(yīng)應(yīng)力對(duì)對(duì)應(yīng)變變速率率的變變化敏敏感制件精度高高超塑性分類(lèi)類(lèi)微晶組織超超塑（恒溫溫超塑性或或結(jié)構(gòu)超塑塑性）晶粒小于10um，，變形溫溫度大于0.5Tm（材料熔熔點(diǎn)溫度））恒定，應(yīng)應(yīng)變速率低低相變超塑性性（變溫超超塑性或動(dòng)動(dòng)態(tài)超塑性性）在一定的溫溫度和負(fù)荷荷下，反復(fù)復(fù)循環(huán)相變變而獲得高高伸長(zhǎng)率。。普通碳鋼鋼160次次循環(huán)伸長(zhǎng)長(zhǎng)率達(dá)到500%其它超塑性性材料超塑性工藝藝應(yīng)用氣壓成形原理：使毛坯的外外側(cè)或內(nèi)側(cè)側(cè)形成一個(gè)個(gè)封閉的壓壓力空間，，在壓縮空空氣的氣壓壓作用下，，坯料產(chǎn)生生超塑性變變形，逐步步向模具型型面靠近，，直至同模模具完全貼貼合，形成成零件凸模法、凹凹模法真空成型4.2粉粉末成成形工藝粉末冶金是是制取金屬屬粉末或用用金屬粉末末（混合物物）作為原原料，經(jīng)過(guò)過(guò)成形燒結(jié)結(jié)，制取金金屬材料、、復(fù)合材料料的工藝技技術(shù)——其其生產(chǎn)工藝藝與陶瓷工工藝類(lèi)似———金屬陶陶瓷法基本工序原料粉末制制取將金屬粉末末成形———坯塊燒結(jié)——使使制品具有有最終的物物理、化學(xué)學(xué)和力學(xué)性性能粉末冶金鍛鍛造工藝原理：金屬屬粉末經(jīng)壓壓實(shí)后燒結(jié)結(jié)，在用燒燒結(jié)體作為為鍛造毛坯坯進(jìn)行鍛造造粉末冷壓燒結(jié)加熱鍛造熱處理機(jī)加工成品準(zhǔn)備預(yù)制坯制取取預(yù)制坯鍛造造后處理與加加工4高效優(yōu)優(yōu)質(zhì)焊接切切割技術(shù)精密焊接特殊環(huán)境下下焊接現(xiàn)代切割技技術(shù)4.1精精密焊接激光焊接———激光加加熱焊接部部位電子束焊接接——在真真空條件下下，聚焦后后被加速的的電子束高高速?zèng)_擊工工件焊接部部位擴(kuò)散焊接———可連接接物理化學(xué)學(xué)性能差別別很大的異異種材料，，固態(tài)焊接接方法（如如陶瓷與金金屬）焊熔近終成成形——快快速成形方方法之一4.2特特殊環(huán)境下下焊接空間焊接接水下焊接接4.3現(xiàn)現(xiàn)代切切割技術(shù)術(shù)激光切割割等離子切切割超聲切割割高壓水射射流切割割4.4激激光切切割利用聚焦焦的高功功率密度度光束照照射工件件，使被被照射處處的材料料迅速熔熔化、氣氣化、燒燒蝕或達(dá)達(dá)到燃點(diǎn)點(diǎn)，同時(shí)時(shí)借助光光束同軸軸的高速速氣流吹吹除熔融融物質(zhì)4.5等等離子子切割等離子：：是高度度電離的的氣體，，是由氣氣體原子子或分子子電離后后，離解解成帶正正電荷的的離子和和負(fù)電荷荷的電子子所組成成，正負(fù)負(fù)電荷相相等，因因此稱為為等離子子。原理：利利用高溫溫、高速速的等離離子弧及及其焰流流使工件件材料融融化、蒸蒸化緩和和氣化并并被吹離離機(jī)體。。等離子體體能量高高度集中中，電流流密度高高、等離離子弧溫溫度高（（11000-28000度度）普通通電弧5000-8000度度、速度度高（800-2000m/s)特點(diǎn)能切割氧氧氣割難難以切割割的各種種金屬材材料切割厚度度不大的的金屬時(shí)時(shí)，速度度快，是是普通切切割的5-6倍倍切割面光光潔、熱熱變形小小切口寬度度和切割割斜角較較大，與與切割厚厚度有關(guān)關(guān)切割厚度度不及氣氣割4.6超超聲切切割原理：利利用超聲聲振動(dòng)的的工具在在有磨料料的液體體介質(zhì)中中或干磨磨料中，，產(chǎn)生磨磨料的沖沖擊、震震顫、液液壓沖擊擊及由此此產(chǎn)生的的氣蝕作作用去除除材料，，特別適適合硬脆脆材料切切割特點(diǎn)適合加工工硬脆材材料，尤尤其適合合非金屬屬硬脆材材料，或或硬質(zhì)耐耐熱導(dǎo)電電材料，，但加工工效率低低切削力小小切割應(yīng)應(yīng)力、熱熱小，粗粗糙度低低（0.63-0.08）尺尺寸精度度正負(fù)0.03mm,也適合合加工薄薄壁、窄窄縫、低低剛度零零件工具可用用軟材料料做成復(fù)復(fù)雜形狀狀，無(wú)相相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)，可加加工復(fù)雜雜型腔和和型面比金剛石石刀具切切割具有有切片薄薄、切口口窄、精精度高、、生產(chǎn)率率高、經(jīng)經(jīng)濟(jì)性好好4.7高高壓水水射流切切割原理：利利用水或或水中加加添加劑劑的液體體，經(jīng)水水泵至增增壓器，，再經(jīng)儲(chǔ)儲(chǔ)掖蓄能能器使高高壓液體體流動(dòng)平平穩(wěn)，最最后有人人造藍(lán)寶寶石噴嘴嘴形成300-900m/s的高速速液體束束流，噴噴射到工工件表面面，從而而去除材材料的加加工。高速液體體束流能能量密度度：102W/mm2流量7.5L/min特點(diǎn)加工精度度高:0.075-0.1mm，切切邊質(zhì)量量好液體束流流能量密密度高，，流速高高，工件件切縫窄加工產(chǎn)物物混入液液體排出出，無(wú)灰灰塵、無(wú)無(wú)污染加工區(qū)溫溫度低，，不產(chǎn)生生熱量，，適合木木材、紙紙張、皮皮革材料料的加工工設(shè)備簡(jiǎn)單單、操作作方便，，易實(shí)現(xiàn)現(xiàn)數(shù)控加加工5.表表面工程程技術(shù)定義：通過(guò)改變變固態(tài)金金屬表面面或非金金屬表面面的形態(tài)態(tài)、化學(xué)學(xué)成分和和組織結(jié)結(jié)構(gòu)，，以獲得得所需表表面性能能的系統(tǒng)統(tǒng)工程理論基礎(chǔ)礎(chǔ)：表面分析析技術(shù)、、表面物物理、表表面化學(xué)學(xué)應(yīng)用理論論：表面失效效分析、、摩擦與與磨損理理論、表表面腐蝕蝕與防護(hù)護(hù)理論、、表面結(jié)結(jié)合和復(fù)復(fù)合理論論目的：弄清各類(lèi)類(lèi)固態(tài)材材料表面面失效機(jī)機(jī)理，并并綜合運(yùn)運(yùn)用各種種表面技技術(shù)提高高材料的的抵御環(huán)環(huán)境作用用的能力力，實(shí)施施特定的的表面加加工來(lái)制制造構(gòu)件件、另部部件和元元器件方法覆蓋層技技術(shù)：電鍍、電電刷鍍、、涂裝、、粘結(jié)、、堆焊、、噴涂、、塑料粉粉末涂敷敷、搪瓷瓷涂敷、、真空鍍鍍膜、鍍鍍膜，貼貼片機(jī)械、物物理化學(xué)學(xué)方法：：改變材料料形貌、、化學(xué)成成分、微微觀結(jié)構(gòu)構(gòu)、應(yīng)力力狀態(tài)———噴丸丸、熱處處理、激激光表面面處理、、等離子子擴(kuò)滲處處理綜合兩種種或以上上方法的的復(fù)合表表面處理理：等離子噴噴涂與激激光輻射射、熱噴噴涂與噴噴丸、化化學(xué)熱處處理與電電鍍、化化學(xué)熱處處理與氣氣相沉積積5.1表表面改改性技術(shù)術(shù)指采用某某種工藝藝手段使使材料表表面獲得得與基體體材料的的組織結(jié)結(jié)構(gòu)、性性能不同同的一種種技術(shù)。。既發(fā)揮揮基體的的力學(xué)性性能，又又獲得表表面的各各種特殊殊性能傳統(tǒng)方法：噴丸、表面熱熱處理、化學(xué)學(xué)熱處理清潔技術(shù)：等離子體、激激光、電子束束等5.2表面面覆層技術(shù)在工件表面制制備各種特殊殊功能的覆蓋蓋層，用極少少量材料達(dá)到到大量昂貴整整體材料所能能起到或難以以起到的作用用，同時(shí)極大大地降低制造造成本——廣廣泛用于修復(fù)復(fù)產(chǎn)品6超高速速加工技術(shù)定義：采用超硬材料料刀具、磨具具和能可靠實(shí)實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)動(dòng)的高精度、、高自動(dòng)化、、高柔性的制制造設(shè)備，以以極大提高切切削速度來(lái)達(dá)達(dá)到提高切除除率、加工精精度和加工質(zhì)質(zhì)量的現(xiàn)代制制造加工技術(shù)術(shù)。（標(biāo)志））范圍：鋁合金2000－7500m/min鑄鐵900－－5000m/min鋼600－3000m/min，，鈦合金150－1000m/min車(chē)削700－－7000m/min，銑削300－6000m/min鉆削削200－－1100m/min，，磨磨削削150m/s6.1超超高高速速加加工工關(guān)關(guān)鍵鍵技技術(shù)術(shù)超高高速速切切削削機(jī)機(jī)理理大功功率率超超高高速速主主軸軸單單元元高加加減減速速直直線線進(jìn)進(jìn)給給電電機(jī)機(jī)超硬硬耐耐磨磨長(zhǎng)長(zhǎng)壽壽命命刀刀具具材材料料及及結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)安全全裝裝置置以以及及高高性性能能CNC控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)和和測(cè)測(cè)試試系系統(tǒng)統(tǒng)6.2超超高高速速切切削削機(jī)機(jī)理理薩洛洛蒙蒙曲曲線線A不能切削B區(qū)高速切削C區(qū)切削速度切削溫度6.3大大功功率率超超高高速速主主軸軸單單元元主軸軸材材料料、、結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)、、軸軸承承超過(guò)過(guò)高高速速主主軸軸系系統(tǒng)統(tǒng)動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)特特性性及及熱熱態(tài)態(tài)特特性性柔性性主主軸軸及及其其軸軸承承的的彈彈性性支支撐撐技技術(shù)術(shù)潤(rùn)滑滑與與冷冷卻卻技技術(shù)術(shù)主軸軸系系統(tǒng)統(tǒng)多多目目標(biāo)標(biāo)優(yōu)優(yōu)化化設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)、、虛虛擬擬設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)技技術(shù)術(shù)美國(guó)國(guó)福福特特臥臥式式加加工工中中心心（（動(dòng)動(dòng)靜靜壓壓軸軸承承））15000rpm日本本東東莊莊大大學(xué)學(xué)CNC平平磨磨3000，，東東芝芝氣氣浮浮軸軸承承30000德國(guó)國(guó)KAAP公公司司磁磁懸懸浮浮軸軸承承60000－－100000rpm6.4高高加加減減速速直直線線進(jìn)進(jìn)給給電電機(jī)機(jī)侍服服驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)技技術(shù)術(shù)滾動(dòng)動(dòng)元元件件技技術(shù)術(shù)監(jiān)測(cè)測(cè)單單元元技技術(shù)術(shù)安全全防防護(hù)護(hù)技技術(shù)術(shù)冷卻卻潤(rùn)潤(rùn)滑滑技技術(shù)術(shù)從8－－12m/min發(fā)發(fā)展展到到30－－50m/min一般般18－－20m/min60m/min7超超精精密密加加工工技技術(shù)術(shù)一般般加加工精密密加加工超精精密密加加工納米米加加工工<10-3umRa<0.005um7.1關(guān)關(guān)鍵鍵技技術(shù)術(shù)加工工方方法法與與機(jī)機(jī)理理（（微微量量切切除除表表層層））材料料技技術(shù)術(shù):加加工工工工具具與與被被加加工工材材料料加工工設(shè)設(shè)備備及及其其基基礎(chǔ)礎(chǔ)元元件件8快快速速原原型型制制造造技技術(shù)術(shù)的的概概念念原型型原型型（（Prototype)是是指指用用來(lái)來(lái)建建造造未未來(lái)來(lái)模模型型或或系系統(tǒng)統(tǒng)基基礎(chǔ)礎(chǔ)的的一一個(gè)個(gè)初初始始模模型型或或系系統(tǒng)統(tǒng)。。它它能能基基本本代代表表零零部部件件性性質(zhì)質(zhì)和和功功能能，，但但不不具具備備或或不不完完全全具具備備零零部部件件的的功功能能。。快速速原原型型制制造造原型型制制造造（（Prototyping)是是設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)、、建建造造原原型型的的過(guò)過(guò)程程。。一一般般來(lái)來(lái)說(shuō)說(shuō)，，物物體體成成型型的的方方式式分分為為三三類(lèi)類(lèi)：：去去除除成成型型、、添添加加成成型型和和靜靜尺尺寸寸成成型型，，原原型型制制造造也也是是如如此此。。快速速原原型型制制造造技技術(shù)術(shù)的的分分類(lèi)類(lèi)按采采用用的的原原材材料料分分類(lèi)類(lèi)：：液體體聚聚合合、、固固化化粉末燒燒結(jié)與與粘結(jié)結(jié)絲材、、線材材熔化化粘結(jié)結(jié)膜、板板材層層合按制造造工藝藝原理理分類(lèi)類(lèi)：立體印印刷成成型層合實(shí)實(shí)體制制造選域激激光燒燒結(jié)熔融沉沉積制制模三維噴噴涂粘粘結(jié)焊接成成型數(shù)碼累累計(jì)造造型快速原原型制制造技技術(shù)發(fā)發(fā)展歷歷史與與現(xiàn)狀狀1892年年美國(guó)國(guó)人JFblanther獲獲得了了用層層合方方法制制作三三維地地圖模模型的的專利利，可可以說(shuō)說(shuō)是近近代分分層制制造方方法的的開(kāi)端端。1979年年，日日本東東京大大學(xué)生生產(chǎn)技技術(shù)研研究所所中川川威雄雄教授授發(fā)明明疊層層模型型造型型法。。80年，，小玉玉秀蘭蘭提出出了光光造型型法，，并于于81年首首次發(fā)發(fā)表了了快速速原型型制造造技術(shù)術(shù)的論論文。。美國(guó)UVP公司司的C.Whull完成成了系系統(tǒng)SLA-1（StereoLithographyApparatus，，立體體印刷刷成型型），，之后后與他他人創(chuàng)創(chuàng)辦3DSystem公司司，研研制出出了掩掩膜式式的原原型1984年，MFeygin提出了層合實(shí)體概念。1986年，美國(guó)人S.Crump提出了熔融沉積造型設(shè)想。在多家快速原型制造設(shè)備公司中，3DSystem公司生產(chǎn)的快速原型制造系統(tǒng)在國(guó)際上占有60%的份額。90年代，快速原型制造技術(shù)服務(wù)中心年平均增長(zhǎng)40%以上。立體印印刷成成型立體印印刷成成型是是目前前世界界上研研究最最深入入、技技術(shù)最最成熟熟、應(yīng)應(yīng)用最最廣泛泛的一一種快快速成成型方方法。。它以光光敏樹(shù)樹(shù)脂（（如丙丙烯基基樹(shù)脂脂）為為原料料采用用計(jì)算算機(jī)控控制下下的紫紫外激激光以以預(yù)定定原型型各分分層截截面的的輪廓廓為軌軌跡逐逐點(diǎn)掃掃描，，使被被掃描描區(qū)的的樹(shù)脂脂薄層層產(chǎn)生生光聚聚合反反應(yīng)后后固化化，從從而形形成的的一個(gè)個(gè)薄層層截面面。當(dāng)當(dāng)一層層固化化后，，向上上（下下）移移動(dòng)工工作臺(tái)臺(tái)，在在剛固固化的的樹(shù)脂脂表面面布放放一層層新的的液態(tài)態(tài)樹(shù)脂脂，再再進(jìn)行行新一一層掃掃描、、固化化。如如此重重復(fù)至至整個(gè)個(gè)原型型制造造完畢畢。立體印印刷成成型的的工藝藝過(guò)程程模型設(shè)計(jì)對(duì)模型分層處理工作臺(tái)置位激頭照射光敏樹(shù)脂后續(xù)處理重復(fù)三維CAD系統(tǒng)中造型STL格式←CAD模型系統(tǒng)控制系統(tǒng)操縱層合實(shí)實(shí)體制制造層合實(shí)實(shí)體制制造又又稱分分層實(shí)實(shí)體造造型、、分層層物體體制造造等。。它采采用激激光器器按照照CAD分分層模模型所所獲得得的數(shù)數(shù)據(jù)，，用激激光束束將單單面涂涂有熱熱溶膠膠的薄薄膜材材料或或其他他材料料的箔箔帶切切割成成欲制制原型型在該該層平平面的的內(nèi)外外輪廓廓，再再通過(guò)過(guò)加熱熱輥加加熱，，使剛剛剛切切好的的一層層與下下面已已切割割層粘粘接在在一起起。通通過(guò)逐逐層切切割、、粘合合，最最后將將不需需要的的材料料剝離離，得得到欲欲求的的原型型。層合實(shí)實(shí)體制制造工工藝與與立體體印刷刷成型型工藝藝的主主要區(qū)區(qū)別在在于將將立體體印刷刷成型型中的的光致致樹(shù)脂脂固化化的掃掃描運(yùn)運(yùn)動(dòng)變變?yōu)榧ぜす馇星懈畋”∧み\(yùn)運(yùn)動(dòng)，，它使使用低低能二二氧化化碳激激光器器，成成型的的制件件無(wú)內(nèi)內(nèi)應(yīng)力力、無(wú)無(wú)變形形，因因而精精度較較高。。層合實(shí)實(shí)體制制造的的工藝藝過(guò)程程模型設(shè)計(jì)對(duì)模型切片處理工作臺(tái)置位激光頭切紙后續(xù)處理重復(fù)三維CAD系統(tǒng)中造型使用切片軟件系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制、提供數(shù)據(jù)選域激激光燒燒結(jié)選域激激光燒燒結(jié)，，借助助精確確引導(dǎo)導(dǎo)的激激光束束使材材料粉粉末燒燒結(jié)成成熔融融合凝凝固成成三維維原型型或制制件。。即成成型機(jī)機(jī)按照照計(jì)算算機(jī)輸輸出的的原型型分層層輪廓廓，采采用激激光束束在指指定路路徑上上選擇擇性地地掃描描并熔熔融工工作臺(tái)臺(tái)上很很薄（（100～～200μμm））且均均勻鋪鋪層的的材料料粉末末，由由分層層圖形形所選選擇的的掃描描區(qū)域域內(nèi)的的粉末末被激激光束束熔融融，連連結(jié)在在一起起，而而未在在該區(qū)區(qū)域內(nèi)內(nèi)的粉粉末仍仍然是是松散散的。。當(dāng)一一層掃掃描完完畢，，向上上（或或下））移動(dòng)動(dòng)工作作臺(tái)，，控制制完成成新一一層燒燒結(jié)。。全部部燒結(jié)結(jié)后去去掉多多余的的粉末末，再再進(jìn)行行打磨磨、烘烘干等等處理理便獲獲得原原型或或零件件。選域激激光燒燒結(jié)的的工藝藝過(guò)程程模型設(shè)計(jì)對(duì)模型切片處理工作臺(tái)置位激光燒結(jié)粉末后續(xù)處理重復(fù)三維CAD系統(tǒng)中造型使用切片軟件系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制、提供數(shù)據(jù)熔融沉積造造型熔融沉積造造型采用熱熱熔噴頭，，使半流動(dòng)動(dòng)狀態(tài)的材材料按CAD分層數(shù)數(shù)據(jù)控制的的路徑擠壓壓并沉積在在指定的位位置凝固成成型，逐層層沉積、凝凝固后形成成整個(gè)原型型或零件。。這一技術(shù)術(shù)又稱為熔熔化堆積法法、熔融擠擠出成模等等。熔融沉積造造型的工藝藝過(guò)程模型設(shè)計(jì)對(duì)模型切片處理工作臺(tái)置位液體凝固成型后續(xù)處理重復(fù)三維CAD系統(tǒng)中造型使用切片軟件系統(tǒng)控制加熱、擠壓控制液體其它技術(shù)三維噴涂粘粘接，使用粉末材材料和粘接接劑，按原原型或零件分層層截面輪廓廓，噴頭在在每一層鋪鋪好的材料料粉末層上上有選擇的的噴吐粘接接劑，噴過(guò)過(guò)粘接劑的的路徑材料料被粘接在在一起，其其他地方仍仍為松散粉粉末。層層層粘接后就就得到一個(gè)個(gè)三維空間間實(shí)體，去去除粉末并并進(jìn)行后燒燒結(jié)就得到到所要求的的原型或零零件，又稱稱三維打印印、多層打打印，陶瓷瓷殼法。焊接成型技技術(shù)，用焊接設(shè)備備及工藝方方法，制成成全由焊縫縫金屬組成成的零件，，也稱融化化成型、全全焊接金屬屬零件制造造技術(shù)。這這種方法的的本質(zhì)，就就是采用現(xiàn)現(xiàn)有的各種種成熟的焊焊接技術(shù)用用逐層堆焊焊的方法制制造零件。。第目錄錄制造造是通通過(guò)過(guò)能能量量與與信信息息的的輸輸入入將將原原材材料料變變換換成成產(chǎn)產(chǎn)品品的的過(guò)過(guò)程程。。自動(dòng)動(dòng)化化：：規(guī)劃劃、、管管理理、、組組織織、、控控制制與與操操作作60年年代代：擴(kuò)擴(kuò)大大生生產(chǎn)產(chǎn)規(guī)規(guī)模模70年年代代：：降低低生生產(chǎn)產(chǎn)成成本本80年年代代：：提高高產(chǎn)產(chǎn)品品質(zhì)質(zhì)量量90年年代代：：快速速響響應(yīng)應(yīng)市市場(chǎng)場(chǎng)剛性性自自動(dòng)動(dòng)化化數(shù)控控機(jī)機(jī)床床柔性性制制造造系系統(tǒng)統(tǒng)CIMS并行行工工程程工廠廠子子網(wǎng)網(wǎng)廣域域網(wǎng)網(wǎng)信息息高高速速公公路路全球球通通訊訊網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)智能能制制造造計(jì)算算智智能能制造造智智能能敏捷捷制制造造虛擬擬組組織織制造造資資源源組組織織全全球球化化全球球制制造造剛性性技技術(shù)術(shù)柔柔性性柔柔性性系系統(tǒng)統(tǒng)決決策策敏敏捷捷全全球球單元元系系統(tǒng)統(tǒng)集集成成自自動(dòng)動(dòng)化化性性性性40-5060708090年代代制造造自自動(dòng)動(dòng)化化技技術(shù)術(shù)特特征征分布布式式、、協(xié)協(xié)同同處處理理強(qiáng)調(diào)調(diào)人人和和知知識(shí)識(shí)的的作作用用智能能化化集集成成（4M，，Modeling、、Manufacturing、、Measurement、、Manipulation））網(wǎng)絡(luò)絡(luò)化化和和全全球球化化制造造自自動(dòng)動(dòng)化化關(guān)關(guān)鍵鍵技技術(shù)術(shù)基于于并并行行工工程程CAD/CAPP/CAM/PDM技技術(shù)術(shù)面向向自自動(dòng)動(dòng)化化的的虛虛擬擬制制造造技技術(shù)術(shù)虛擬擬加加工工、、虛虛擬擬控控制制、、虛擬擬裝裝配配、、虛虛擬擬檢檢測(cè)測(cè)、、虛虛擬擬評(píng)評(píng)價(jià)價(jià)傳感感與與檢檢測(cè)測(cè)技技術(shù)術(shù)機(jī)器器人人化化制制造造技技術(shù)術(shù)（（傳傳輸輸、、裝裝配配、、加加工工））汽車(chē)車(chē)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向器器干干涉涉檢檢查查示示例例：：CAPP系統(tǒng)統(tǒng)CAPP系統(tǒng)統(tǒng)2.2協(xié)協(xié)同設(shè)設(shè)計(jì)網(wǎng)站站——遠(yuǎn)程輔助助設(shè)計(jì)系系統(tǒng)2.3三三維設(shè)設(shè)計(jì)軟件件共享系系統(tǒng)2.4共共享白白板和多多媒體交交流系統(tǒng)統(tǒng)遠(yuǎn)程文件件傳輸?shù)谝徊糠址窒认冗M(jìn)設(shè)計(jì)計(jì)加工技技術(shù)第二部分分制制造自動(dòng)動(dòng)化技術(shù)術(shù)第三部分分微機(jī)械系系統(tǒng)第四部分分先先進(jìn)管理理模式目錄錄微機(jī)械的的概況稱謂：美國(guó)：微微型電子子機(jī)械系系統(tǒng)（MEMS）日本：微微機(jī)器歐洲：微微系統(tǒng)按尺寸分分類(lèi)：微小型機(jī)機(jī)械：1～10mm微機(jī)械：：1μμm～1mm納米機(jī)械械：1nm～1μm現(xiàn)代微機(jī)機(jī)械加工工的特征征：高寬比達(dá)達(dá)到幾十十以上幾個(gè)<=W<=幾十個(gè)微微米幾十<=H<=幾百個(gè)微微米2.具有集光光、機(jī)、、電性能能于一體體的生產(chǎn)產(chǎn)器件的的潛力微機(jī)械的的概況--幾種典型型產(chǎn)品（（1）日本豐田田公司早早已造出出長(zhǎng)4．．8毫米米的4輪輪微型汽汽車(chē)美國(guó)斯坦坦福研究究所的微微觀“人人造肌肉肉”則可可利用““撲打””的方法法，帶動(dòng)動(dòng)微型飛飛機(jī)飛行行美國(guó)林肯肯實(shí)驗(yàn)室室的燃?xì)鈿廨啓C(jī)只只有鈕扣扣般大小小，可產(chǎn)產(chǎn)生0．．64公公斤推力力麻省理工工學(xué)院的的噴氣式式發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)，直徑徑只有1厘米，，推力為為13克克，可帶帶動(dòng)50克重的的微型飛飛機(jī)以300公公里時(shí)速速飛行德國(guó)的微微型直升升機(jī)有400毫毫克重，，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)直徑1—2毫毫米，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速高達(dá)達(dá)每分鐘鐘4萬(wàn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)瑞典皇家家理工學(xué)學(xué)院設(shè)計(jì)計(jì)微機(jī)械的的概況--幾種典型型產(chǎn)品（（2）美國(guó)國(guó)家家航空航航天局準(zhǔn)準(zhǔn)備要研研制重7磅（3．2公公斤）的的超微航航天探測(cè)測(cè)器廣東工業(yè)業(yè)大學(xué)與與日本筑筑波大學(xué)學(xué)生物醫(yī)醫(yī)用微型型機(jī)器人人，一維維二維聯(lián)聯(lián)動(dòng)壓電電陶瓷驅(qū)驅(qū)動(dòng)器，，位移50umX50um哈爾濱工工業(yè)大學(xué)學(xué)電致伸伸縮陶瓷瓷驅(qū)動(dòng)二二自由度度微型機(jī)機(jī)器人，，10umX10um,位移移分辨率率00.1um微機(jī)械材材料與微微型構(gòu)件件硅體材料料：?jiǎn)尉Ч?、、多晶硅硅、二氧氧化硅、、炭化陶陶瓷、石石英、金金剛石石、記憶憶合金、、壓電電功能材料料：電致伸縮縮材料、、形狀記記憶材料料、永磁磁材料、、受熱變變相的凝凝膠材料料微機(jī)械的的應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域微機(jī)械由由于具有有狹小空空間內(nèi)進(jìn)進(jìn)行作業(yè)業(yè)而又不不擾亂工工作環(huán)境境和對(duì)象象的特點(diǎn)點(diǎn)，在航空航天天、精密密儀器、、材料、、生物醫(yī)醫(yī)療等領(lǐng)域有有著廣泛泛的應(yīng)用用潛力另另外，，微型機(jī)器器人不久久的將來(lái)來(lái)可能出出現(xiàn)在戰(zhàn)戰(zhàn)場(chǎng)上微機(jī)器人人擅于管管道檢查查維修微組裝和和微型工工廠微機(jī)械的的一般結(jié)結(jié)構(gòu)典型的MEMS系統(tǒng)傳感器信號(hào)處理執(zhí)行器外部信息微傳感器器微執(zhí)行器器微型構(gòu)件件微機(jī)械光光學(xué)器件件真空微電電子器件件電力電子子器件信號(hào)處理理的集成成電路微機(jī)械的的設(shè)計(jì)方方法--新的設(shè)計(jì)計(jì)概念（（1）開(kāi)發(fā)微機(jī)機(jī)械必須須建立新新的設(shè)計(jì)計(jì)概念：：盡量設(shè)計(jì)計(jì)無(wú)摩擦擦結(jié)構(gòu)，，不出現(xiàn)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)關(guān)關(guān)節(jié)，因因?yàn)樗杏械男D(zhuǎn)轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)都都有摩擦擦力（（因?yàn)槲⑽C(jī)械尺尺寸很小小，摩擦擦力超過(guò)過(guò)了其它它的力，，控制了了系統(tǒng)的的運(yùn)動(dòng)。。）在我們身身邊有很很多毫米米級(jí)的昆昆蟲(chóng)，它它們是開(kāi)開(kāi)發(fā)基于于昆蟲(chóng)模模型機(jī)械械的基礎(chǔ)礎(chǔ)。微機(jī)械的的設(shè)計(jì)方方法--新的設(shè)計(jì)計(jì)概念（（2）開(kāi)發(fā)微機(jī)機(jī)械必須須建立新新的設(shè)計(jì)計(jì)概念：：我們學(xué)習(xí)習(xí)昆蟲(chóng)的的知識(shí)對(duì)對(duì)我們研研究微型型機(jī)械大大有好處處。昆蟲(chóng)蟲(chóng)有很多多有趣的的特征，，比如：：外部骨骨骼、彈彈性關(guān)節(jié)節(jié)、伸縮縮肌肉等等。這些些特點(diǎn)為為我們?cè)O(shè)設(shè)計(jì)微機(jī)機(jī)械提供供了基礎(chǔ)礎(chǔ)。（昆蟲(chóng)只只有104－106個(gè)個(gè)神經(jīng)細(xì)細(xì)胞，它它的運(yùn)動(dòng)動(dòng)是簡(jiǎn)單單的機(jī)械械運(yùn)動(dòng)，，如往復(fù)復(fù)運(yùn)動(dòng)。。但是為為什么這這些運(yùn)動(dòng)動(dòng)看上去去非常協(xié)協(xié)調(diào)、靈靈活，這這就是我我們研制制基于昆昆蟲(chóng)模型型機(jī)械的的原因。。）微機(jī)械的的設(shè)計(jì)方方法--動(dòng)力問(wèn)題題微機(jī)械的的動(dòng)力問(wèn)問(wèn)題在微機(jī)械械領(lǐng)域，，由于尺尺寸及重重量的限限制，傳傳統(tǒng)的驅(qū)驅(qū)動(dòng)器基基本上都都無(wú)法工工作。目前，已已經(jīng)提出出的幾種種典型方方案如下下：形狀記憶憶合金（（SMA）微驅(qū)驅(qū)動(dòng)器DNA驅(qū)驅(qū)動(dòng)超聲馬達(dá)達(dá)（USM）驅(qū)驅(qū)動(dòng)形狀記憶憶合金（（SMA）微驅(qū)驅(qū)動(dòng)器原理：利用合金金的相變變(熱彈彈性馬氏氏體相變變)來(lái)進(jìn)進(jìn)行能量量轉(zhuǎn)換的的，它可可直接實(shí)實(shí)現(xiàn)各種種直線運(yùn)運(yùn)動(dòng)或曲曲線運(yùn)動(dòng)動(dòng)軌跡，，而不需需任何機(jī)機(jī)械傳動(dòng)動(dòng)裝置。。優(yōu)點(diǎn)：1.形狀狀記憶合合金驅(qū)動(dòng)動(dòng)器可做做成非常常簡(jiǎn)單的的形式2.形狀狀記憶合合金制作作的驅(qū)動(dòng)動(dòng)器便于于實(shí)現(xiàn)獨(dú)獨(dú)立控制制3.具有有傳感功功能4.所需需的電源源電壓較較低，，易與控控制電路路用的電電源一致致以簡(jiǎn)化化系統(tǒng)5.工作作時(shí)不存存在外摩摩擦，無(wú)無(wú)任何噪噪聲，不不會(huì)產(chǎn)生生磨粒缺點(diǎn)：效率較低低、疲勞勞壽命較較短微機(jī)械的的設(shè)計(jì)方方法--SMADNA驅(qū)驅(qū)動(dòng)原理：?jiǎn)喂傻腄NA鏈鏈?zhǔn)巧熘敝钡?，但但是互補(bǔ)補(bǔ)的DNA遇到到一起，，就會(huì)形形成雙螺螺旋結(jié)構(gòu)構(gòu)，因此此單股的的DNA就會(huì)縮縮短。優(yōu)點(diǎn)：幾乎不需需要我們們另外提提供任何何能量，，它的動(dòng)動(dòng)力都是是自然界界自身所所提供的的絕對(duì)純純凈的能能源。。缺點(diǎn)：適用范圍圍有限，，只能在在液體中中工作。。微機(jī)械的的設(shè)計(jì)方方法--DNA驅(qū)驅(qū)動(dòng)超聲馬達(dá)達(dá)驅(qū)動(dòng)原理：利用壓電電陶瓷的的逆壓電電效應(yīng)將將電能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成超超聲波范范圍內(nèi)的的機(jī)械振振動(dòng)（頻頻率≥20kHz）來(lái)來(lái)獲得驅(qū)驅(qū)動(dòng)力，，通過(guò)摩摩擦耦合合將驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)換換成轉(zhuǎn)子子或滑塊塊的運(yùn)動(dòng)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：1.不受磁場(chǎng)場(chǎng)的干擾擾、不產(chǎn)生電電磁波2.能量量密度大大,比電磁馬馬達(dá)大5～10倍3.結(jié)構(gòu)構(gòu)緊湊4.結(jié)構(gòu)構(gòu)形式多多樣化5.制動(dòng)動(dòng)和響應(yīng)應(yīng)快，控制性性能好6.運(yùn)行行無(wú)噪音音缺點(diǎn)：1.由于于靠摩擦擦力驅(qū)動(dòng)動(dòng)，存在在磨損問(wèn)問(wèn)題，因因此工作作壽命較較短2.高頻頻振動(dòng)引引起溫度度升高，，影響壓壓電陶瓷瓷工作的的穩(wěn)定性性微機(jī)械的的設(shè)計(jì)方方法--超聲馬達(dá)達(dá)驅(qū)動(dòng)（USM）第一部分分先先進(jìn)設(shè)計(jì)計(jì)加工技技術(shù)第二部分分制制造自動(dòng)動(dòng)化技術(shù)術(shù)第三部分分微微機(jī)械系系統(tǒng)第四部分分先進(jìn)管理理模式目錄錄并行工程程敏捷制造造精益生產(chǎn)產(chǎn)綠色制造造一、并行行工程特點(diǎn)（1）從組織織結(jié)構(gòu)上上看，CE采用分布布式組織織結(jié)構(gòu)，，將組織織結(jié)構(gòu)從從層次式式轉(zhuǎn)變?yōu)闉槠矫媸绞剑浠窘M織織結(jié)構(gòu)是是產(chǎn)品開(kāi)開(kāi)發(fā)組。。（（2）從設(shè)計(jì)計(jì)過(guò)程來(lái)來(lái)看，CE的工作過(guò)過(guò)程是集集成化的的產(chǎn)品設(shè)設(shè)計(jì)、制制造、經(jīng)銷(xiāo)銷(xiāo)過(guò)程。。（（3）從管理理上來(lái)看看，CE的管理體體制中強(qiáng)強(qiáng)調(diào)人的的作用。。含義并行工程程（ConcurrentEngineering)：并行行工程程是一一種對(duì)對(duì)產(chǎn)品品及其其相關(guān)關(guān)過(guò)程程（包包括制制造過(guò)過(guò)程和和支持持過(guò)程程）進(jìn)進(jìn)行并并行的的、一一體化化設(shè)計(jì)計(jì)的的的工作作模式式。這這種工工作模模式可可使