造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36

造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)362024/3/26造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)361、定義傳統(tǒng)機(jī)械制造不斷地吸收機(jī)械、電子、信息、材料、能源及現(xiàn)代管理等方面的技術(shù)成果，將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)、管理、售后服務(wù)等過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活地生產(chǎn)，以取得理想技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的制造技術(shù)的總稱(chēng)。第一節(jié)先進(jìn)制造技術(shù)概述造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)362、現(xiàn)代制造技術(shù)的特征計(jì)算機(jī)、傳感技術(shù)、自動(dòng)化等技術(shù)的引入，使得制造過(guò)程準(zhǔn)確可控貫穿了整個(gè)設(shè)計(jì)、加工制造、銷(xiāo)售、服務(wù)等全過(guò)程各專(zhuān)業(yè)、學(xué)科間交叉融合（敏捷制造、綠色制造）現(xiàn)代管理技術(shù)介入（制造資源計(jì)劃MRP-2、管理信息系統(tǒng)MIS等）商品的生產(chǎn)策略轉(zhuǎn)變?yōu)樾∨慷嗥贩N，以銷(xiāo)定產(chǎn)。發(fā)展趨勢(shì)：系統(tǒng)化、集成化、智能化造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36第二節(jié)：現(xiàn)代制造技術(shù)簡(jiǎn)介1、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM)設(shè)計(jì)中的甩圖板工程80年代中期開(kāi)始，利用語(yǔ)言編程的方式繪圖。Windows操作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)的發(fā)展，設(shè)計(jì)軟件的發(fā)展，如CAD、PRO/E、UG等，使設(shè)計(jì)走向智能化、自動(dòng)化、統(tǒng)一化模型。計(jì)算機(jī)輔助工藝過(guò)程設(shè)計(jì)CAPP、輔助數(shù)控程序編制、工裝設(shè)計(jì)、作業(yè)設(shè)計(jì)CAD/CAM集成系統(tǒng)造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)362、柔性制造系統(tǒng)(FMS)剛性制造的概念剛性”的含義是指該生產(chǎn)線只能生產(chǎn)某種或生產(chǎn)工藝相近的某類(lèi)產(chǎn)品，表現(xiàn)為生產(chǎn)產(chǎn)品的單一性.特點(diǎn)：剛性自動(dòng)線生產(chǎn)率高，但柔性較差，當(dāng)加工工件變化時(shí)，需要停機(jī)、停線并對(duì)機(jī)床、夾具、刀具等工裝設(shè)備進(jìn)行調(diào)整或更換，通常調(diào)整工作量大，停產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)。造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36柔性生產(chǎn)線是一種技術(shù)復(fù)雜、高度自動(dòng)化的系統(tǒng)。它將微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)工程等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，理想和圓滿地解決了機(jī)械制造高自動(dòng)化與高柔性化之間的矛盾。一汽大眾的焊裝車(chē)間造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36分類(lèi)：柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、柔性制造線(FML)、柔性制造工廠(FA)系統(tǒng)內(nèi)容：數(shù)控加工設(shè)備、物料儲(chǔ)運(yùn)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和附屬系統(tǒng)（冷卻、排屑）造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36優(yōu)點(diǎn)效益分析：第一，設(shè)備利用率高。一組機(jī)床編入柔性生產(chǎn)線后，產(chǎn)量比這組機(jī)床在分散單機(jī)作業(yè)時(shí)的產(chǎn)量提高數(shù)倍。

第二，在制品減少80%左右。

第三，生產(chǎn)能力相對(duì)穩(wěn)定。自動(dòng)加工系統(tǒng)由一自或多臺(tái)機(jī)床組成，發(fā)生故障時(shí)，有降級(jí)運(yùn)轉(zhuǎn)的能力，物料傳送系統(tǒng)也有自行繞過(guò)故障機(jī)床的能力。

造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36第四，產(chǎn)品質(zhì)量高。零件在加工過(guò)程中，裝卸一次完成，加工精度嵩，加工形式穩(wěn)定。

第五，運(yùn)行靈活。有些柔性生產(chǎn)線的檢驗(yàn)、裝卡和維護(hù)工作可在第一班完成，第二、第三班可在無(wú)人照看下正常生產(chǎn)。在理想的柔性生產(chǎn)線中，其監(jiān)控系統(tǒng)還能處理諸如刀具的磨損調(diào)換、物流的堵塞疏通等運(yùn)行過(guò)程中不可預(yù)料的問(wèn)題。

第六，產(chǎn)品應(yīng)變能力大。刀具、夾具及物料運(yùn)輸裝置具有可調(diào)性，且系統(tǒng)平面布置合理，便于增減設(shè)備，滿足市場(chǎng)需要。造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)363、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)把企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)全過(guò)程有機(jī)地集成為一個(gè)能協(xié)調(diào)工作的整體，以保證企業(yè)內(nèi)部信息的有效傳遞，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化、柔性化，達(dá)到高效率、高質(zhì)量、低成本、靈活生產(chǎn)的目的。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)管理信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造、柔性制造系統(tǒng)造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36優(yōu)點(diǎn)效益分析：1、產(chǎn)品質(zhì)量提高2、提高生產(chǎn)率40%~70%3、生產(chǎn)周期縮短30%~60%4、在制品減少30%~60%5、設(shè)計(jì)費(fèi)用減少15%~30%6、提高工程師的工作能力造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)364、快速成型技術(shù)(RPM)利用計(jì)算機(jī)生成的三維數(shù)據(jù)直接驅(qū)動(dòng)快速成型機(jī)加工出所需要的產(chǎn)品。方法有多種應(yīng)用于模型制造、小批量零件的生產(chǎn)、模具加工造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36快速成形制造的基本過(guò)程CAD建模分層層面信息處理層面加工與粘接層層堆積后處理根據(jù)每層輪廓信息，進(jìn)行工藝規(guī)劃，選擇加工參數(shù)，自動(dòng)生成數(shù)控代碼清理零件表面，去除輔助支撐結(jié)構(gòu)由CAD軟件設(shè)計(jì)出所需零件的計(jì)算機(jī)三維曲面或?qū)嶓w模型將三維模型沿一定方向（通常為Z向）離散成一系列有序的二維層片（習(xí)慣稱(chēng)為分層）成形機(jī)制造一系列層片并自動(dòng)將它們聯(lián)接起來(lái)，得到三維物理實(shí)體造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36快速成型制造的主要方法選擇性層片粘接（LOM）選擇性激光燒結(jié)（SLS）熔融沉積成型（FDM）選擇性液體固化（SLA）粉末燒結(jié)、光敏樹(shù)脂固化、紙材切割粘接、吐絲堆積、石膏分層堆積造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36基于液態(tài)光敏樹(shù)脂的光聚合原理。將激光聚集到液態(tài)光固化材料（如光固化樹(shù)脂）表面逐點(diǎn)掃描，令其有規(guī)律地固化，由點(diǎn)到線到面，完成一個(gè)層面的建造。而后升降移動(dòng)一個(gè)層片厚度的距離，重新覆蓋一層液態(tài)材料，進(jìn)行第二層掃描，再建造一個(gè)層面，第二層就牢固地粘貼到第一層上，由此層層迭加成為一個(gè)三維實(shí)體。造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36SLA工藝于1984年獲美國(guó)專(zhuān)利，1988年美國(guó)3DSystem公司推出的商品化樣機(jī)SLA—1，是世界上第一臺(tái)快速原型技術(shù)成形機(jī)。目前，SLA各型成形機(jī)占據(jù)著RP設(shè)備市場(chǎng)的較大份額。這種方法的代表還有日本DMET公司的SOUP系列、D-MEC公司的SCS系列和TeijinSeiki公司的Mark1000,德國(guó)EOS公司的STEREOS系列。造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36優(yōu)點(diǎn)：SLA工藝成形的零件精度較高，能達(dá)到0.1mm；產(chǎn)品透明美觀，可直接做力學(xué)實(shí)驗(yàn)。缺點(diǎn)：這種方法也有自身的局限性，比如需要支撐、樹(shù)脂收縮導(dǎo)致精度下降、光固化樹(shù)脂價(jià)格昂貴，有一定的毒性；且產(chǎn)品不能溶解，不利于環(huán)保。造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36選擇性層片粘接的基本原理

采用激光或刀具對(duì)片材進(jìn)行切割。首先切割出工藝邊框和原型的邊緣輪廓線，而后將不屬于原型的材料切割成網(wǎng)格狀。片材表面事先涂覆上一層熱熔膠。通過(guò)升降平臺(tái)的移動(dòng)和箔材的送給,并利用熱壓輥輾壓將后鋪的箔材與先前的層片粘接在一起，再切割出新的層片。這樣層層迭加后得到下一個(gè)塊狀物，最后將不屬于原型的材料小塊剝除，就獲得所需的三維實(shí)體。造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36選擇性層片粘接工藝——LOM分層實(shí)體制造（LOM）

(LaminatedObjectManufacturing)，又稱(chēng)固體切片制造（SSM）(SolidSlicingManufacturing)

LOM工藝由美國(guó)Helisys公司于1986年研制成功。這種方法的代表是美國(guó)Helisys公司的LOM-1050和LOM-2030成形機(jī)，日本Kira公司的KSC-50成形機(jī)。造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36由于LOM工藝只須在片材上切割出零件截面的輪廓，而不用掃描整個(gè)截面，因此工藝簡(jiǎn)單，成型速度快，易于制造大型零件；工藝過(guò)程中不存在材料相變，因此不易引起翹曲變形，零件的精度較高，激光切割為0.1mm，刀具切割為0.15mm；工件外框與截面輪廓之間的多余材料在加工中起到了支撐作用，所以LOM工藝無(wú)需加支撐；材料廣泛，成本低，用紙制原料還有利于環(huán)保；力學(xué)性能差，只適合做外形檢查。分層實(shí)體制造（LOM）產(chǎn)品的特點(diǎn)造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36選擇性激光燒結(jié)的基本原理SLS工藝是利用粉末狀材料成形的。先在工作臺(tái)上鋪上一層有很好密實(shí)度和平整度的粉末，用高強(qiáng)度的CO2激光器在上面掃描出零件截面，有選擇地將粉末熔化或粘接，形成一個(gè)層面，利用滾子鋪粉壓實(shí)，再熔結(jié)或粘接成另一個(gè)層面并與原層面熔結(jié)或粘接，如此層層疊加為一個(gè)三維實(shí)體。造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36選擇性激光燒結(jié)工藝——SLS選擇性激光燒結(jié)（SLS)(SelectiveLaserSintering），又稱(chēng)激光熔結(jié)（LF)(LaserFusion）。

選擇性激光燒結(jié)工藝由美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校于1989年研制成功，已被美國(guó)DTM公司商品化，推出SLSModel125成形機(jī)。德國(guó)EOS公司和我國(guó)的北京隆源自動(dòng)成形系統(tǒng)有限公司也分別推出了各自的SLS工藝成形機(jī)。造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36選擇性激光燒結(jié)（SLS）的產(chǎn)品特點(diǎn)1.材料適應(yīng)面廣，不僅能制造塑料零件，還能制造陶瓷、蠟等材料的零件。特別是可以制造出能直接使用的金屬零件。這使SLS工藝頗具吸引力。2.SLS工藝不需加支撐，因?yàn)闆](méi)有燒結(jié)的粉末起到了支撐的作用。3.精度不高。平均精度為±0.15~±0.2mm，表面粗糙度不好，不宜做薄壁件；造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36熔融沉積成形的基本原理將熱熔性材料（ABS、尼龍或蠟）通過(guò)噴頭加熱器熔化；噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將熔化的材料擠出；材料迅速凝固冷卻后，與周?chē)牟牧夏Y(jié)形成一個(gè)層面；然后將第二個(gè)層面用同樣的方法建造出來(lái)，并與前一個(gè)層面熔結(jié)在一起，如此層層堆積而獲得一個(gè)三維實(shí)體。（不需激光系統(tǒng)）造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36熔融沉積成形工藝—FDM熔融沉積成形

(FDM)(FusedDepositionModeling)又稱(chēng)熔融擠壓成形

(MEM)(MeltedExtrusionModeling)

熔融沉積成形工藝于1988年研制成功，后由美國(guó)Stratasys公司推出商品化的3DModeler1000和FDM1600等規(guī)格的系列產(chǎn)品。最新產(chǎn)品是制造大型ABS原型的FDM8000、Quantum等型號(hào)的產(chǎn)品。造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36熔融沉積成形(FDM)的產(chǎn)品特點(diǎn)FDM工藝不用激光器件，因此使用、維護(hù)簡(jiǎn)單，成本較低。精度可達(dá)±0.12mm，適合做薄壁件。污染小，材料可以回收。

用蠟成形的零件原型，可以直接用于失蠟鑄造。用ABS制造的原型因具有較高強(qiáng)度而在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、測(cè)試與評(píng)估等方面得到廣泛應(yīng)用。由于以FDM工藝為代表的熔融材料堆積成形工藝具有一些顯著優(yōu)點(diǎn)，該類(lèi)工藝發(fā)展極為迅速。造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)365、虛擬制造技術(shù)(VM)在計(jì)算機(jī)上模擬產(chǎn)品的制造和裝配全過(guò)程。虛擬制造技術(shù)是一種軟、硬件結(jié)合的技術(shù)，它填補(bǔ)了CAD／CAM與生產(chǎn)過(guò)程和企業(yè)管理之間的技術(shù)鴻溝，把企業(yè)的生產(chǎn)和管理活動(dòng)在產(chǎn)品投入生產(chǎn)之前就在計(jì)算機(jī)屏幕上加以顯示和評(píng)價(jià)，使工程師能夠預(yù)見(jiàn)可能發(fā)生的問(wèn)題和后果。造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)366、敏捷制造技術(shù)(AgileManufacturingAM)在柔性制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)企業(yè)內(nèi)部的多功能項(xiàng)目組，組建虛擬生產(chǎn)單位，把全球的范圍內(nèi)的各種資源集成起來(lái)，實(shí)現(xiàn)制造，滿足用戶(hù)的需求。共同的虛擬公司環(huán)境，克服了地域障礙，數(shù)字化設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、評(píng)價(jià)，大大節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間和設(shè)計(jì)費(fèi)用。造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)367、工業(yè)機(jī)器人(IndustrialRobot)具有人的某些特點(diǎn)和功能，并能夠自動(dòng)地進(jìn)行多種操作的，可重復(fù)編程的自動(dòng)控制操作機(jī)。分類(lèi)：專(zhuān)用機(jī)械手、通用機(jī)器人、示教再現(xiàn)式機(jī)器人、智能機(jī)械人應(yīng)用：?jiǎn)握{(diào)、繁重、危險(xiǎn)、有害的勞動(dòng)如搬運(yùn)、涂裝、點(diǎn)焊、弧焊、監(jiān)測(cè)和裝配造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)36造型材料與工藝先進(jìn)制造技術(shù)368、智能制造技術(shù)(IntelligentManufacturing，IM)利用集成制造系統(tǒng)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)而組成的智能化制造系統(tǒng)。智能化制造的專(zhuān)家系統(tǒng)是關(guān)鍵，它能替代人腦進(jìn)行分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等，具有搜集和理解環(huán)境信息的和自身信息的能力，并能通過(guò)分析判斷而控制自身行為的能力。21世紀(jì)里的制造工業(yè)將以雙“I”來(lái)標(biāo)識(shí)，即集成加智能