现代加工技术报告（大全5篇）

第一篇：现代加工技术报告

现代加工制造技术

现代加工制造技术课程设计(论文)

设计（论文）题目五轴联动数控加工

学院名称核技术与自动化工程学院 专业名称机械工程及自动化 学生姓名严亚鹏

学生学号201106040419 任课教师孙未老师 设计（论文）成绩

教务处制 2015年1月3日

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题目（二号黑体居中）；

摘要(“摘要”二字用小二号黑体居中，隔行书写摘要的文字部分，小4号宋体)； 关键词（隔行顶格书写“关键词”三字，提炼3-5个关键词，用分号隔开，小4号黑体)；

正文部分采用三级标题；

第1章 ××(小二号黑体居中，段前0.5行)1.1 ×××××小三号黑体×××××（段前、段后0.5行）1.1.1小四号黑体（段前、段后0.5行）

参考文献（黑体小二号居中，段前0.5行），参考文献用五号宋体，参照《参考文献著录规则（GB/T 7714－2005）》。

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目录

第1节---第2节---

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摘要

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五轴联动数控加工

第1章五轴联动数控机床的结构

1.1 多轴数控机床概述

五轴联动机床是多轴机床中非常有典型的代 表，它可以对任意复杂曲面的零件进行加工。通过大力研究五轴联动机床的结构模型，可以对机 床的运动原理深入理解，结合具体的机床情况，来对后处理程序进行科学的编制，以此来更好的 对产品进行加工。具体来讲，五轴联动机床的组 成可以分为回转轴和平动轴，前者有两个，后者 有三个。又可以将其分为三种形式，分别为刀具 双摆动、工作台双旋转以及两者共同摆动和旋转，这种划分的依据是旋转轴具体结构的差异。定向 轴指的是旋转轴法向矢量固定的轴，那么矢量会 出现改变的轴就为变向轴。五轴机床可以进行刀 具双摆动，那么对于大型零件的复杂曲面都可以 进行加工，这样拥有的性能就比较的优良。1.2五轴联动机床产生的背景、五轴加工中心也叫五轴联动加工中心,是一种科技含量高、精、密度高专门用于加工复杂曲面的加工中心,这种加工中心系统对一 个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业 有着举足轻重的影响力。目前,五轴联动数控加工中心系统是解决 叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机 曲轴等等加工的唯一手段。五轴联动加工中心有高效率、高精度的特点,工件一次装夹就可完成复杂的加工。能够适应像汽车零部件、飞机结构件等现代产 品与模具的加工。五轴加工中心是一种高科技的手段,它让不可能 变成了可能,一切的空间曲面,异型加工都可以完成实现。它不但能 够完成复杂工件完成机械化加工的任务,而且还能够快速提高加工效率,缩短加工流程。1.3五维多轴联动的基本定义

通常的数控机床都是三维的,从数学意义上分类,维数是指机床在运动过程中所涉及的坐标系;轴数是指有几根主轴(不包括次要的轴);联动是指可以同时运动并参与插补维数的主轴数。例如,有5 根主轴,可以同时运动,没有互锁,但仅能在三维内实现同时运动并完成插补,这个数控机床是三维联动五主轴同动数控机床。只是具有xyz三个纸箱坐标运动的五根轴的三维数控机床,即三轴联动数控机床。在通常的定义中,许多人把主轴的成都理工大学

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个数与机床运动的维数搞混,把联动和同动搞混,把几个轴作为衡量数控机床水平是不严密的。本文的“五轴联动”是简称,严格的讲应该是五维多轴联动数控机床。五轴数控机床一般是指五个数字控制系统在五个坐标轴系内同时完成运动和插补的机床。通常必须具有xyz三个直线运动坐标外,另外还有两个回转运动轴坐标。数控机床的联动是指三个直线运动坐标x、y、z和A、B、C三个转动中任意两个坐标的组合。通常我们定义:绕x、y、z轴的旋转坐标系分别为A、B、C轴,具体位置关系见图1。一般它们都采用线性插补运动实现联动。在实际工程中,这些数控轴却不一定全部都同时参与插补和实现联动,其中有多少数控轴可以同时参与插补和实现联动,其中有多少数控轴可以同时参与位置点计算和插补计算的就叫几维联动, 通常被我们称为几轴联动。于是,我们就会听到这种讲法:5轴4联动数控机床、5轴9联动数控机床等等。1.4五轴联动机床加工的造型和编程

五轴加工一般不可能再用手工编程,编制加工程序必须采用 CAD/CAM系统。经过几十年的发展,CAD/CAM技术在五轴联动、五面体加工等高端的应用也已经相当广泛,在中国,引进的有关 CAD/CAM系统就有Cimatron,Delcam,Mastercam,UG,Solidege, Solid-works, Pro/Engineer等,国内自主品牌的CAD/CAM系统几乎只有北航海尔的CAXA系统。对于五轴加工,根据不同的加工对象, 这些系统各有所长,比如说,在磨具制造的五轴加工方面,Delcam的Powermill功能在特征技术、后处理、干涉检查、加工循环和仿真切削等方面都比较强大,操作使用方便。针对不同的加工行业和加工对象,好的CAM系统都有相应的软件包,专业专用,很难有一种软件可以包打天下。1.5五轴联动机床优势

五轴联动机床的使用比三轴机床要复杂许多,使用成本也高出许多,对编程、操作人员的要求也要高出许多,但是采用五轴联动机床可以一次装夹工件,完成除了装夹面以外的其它所有面的加工, 有效的解决了多次装夹引起的误差,节省了装夹时间;其次是可以做到普通三轴机床因刀具“干涉”而不能加工的工件,如叶轮等。因此,使用五轴机床可以高效的加工出三轴机床不可能得到的高精度的零件。

第2章五轴联动数控电加工技术研究

为了解决难加工材料、薄壁、复杂型面和低刚度零件的加工难题，基于电解一机械复合加工原理，分别研究了五轴五联动数控电解机械复合加工技术、五轴五联动数控电火花成形加工技术和五轴五联动数控单向走丝电火花线切割加工技术。

2.1五轴五联动数控电解机械复合加工技术集成了数控、电解加工和机械磨削的优势，成都理工大学

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采用旋转的具有内喷功能的复合阴极作为工具，在复合阴极的表面选择性复合镀或镶嵌金刚砂，金刚砂起到绝缘、确保电解加工间隙和刮除工件阳极钝化膜的作用。在加工过程中，复合阴极接直流脉冲电源的负极，工件接直流脉冲源的正极，在复合阴极与工件之间喷人电解液，复合阴极相对工件作数控展成运动，基于电解一机械磨削复合加工的原理加工出复杂的零件。基于电解一机械磨削复合加工的原理，实验室研制开发了一台五轴五联动数控电解机械复合加工机

床，该机床已获国家发明专利(ZL200810023—230．4)。在五轴联动数控电解机械复合加工机床上，通过更换不同的复合阴极，可进行数控电解复合钻削、镗铣削、切割、磨削和抛光等加工。图2是五轴联动数控电解机械复合抠挖加工的结果。图中复合阴极为简单的细长回转体，复合阴极相对工件作五轴联动运动，可抠挖加工出复杂形状的零件，且被抠挖出的零件是完整的一块，这对贵金属材料的加工具有特别重要的意义。通过一次装夹可实现对同一个工件进行粗加

工、精加工和抛光加工。该系统具有以下特点：①以简单形状的复合阴极就可加工零件的复杂型面；②主要靠电化学阳极溶解的原理去除工件余量，宏观机械切削力小，表面金相组织不发生变化，可加工窄缝、窄槽、薄壁和低刚度零件；③可加工各种高硬度、高韧性和高耐磨性金属难加工材料；④比机械磨削和电火花加工有更高的加工效率，比电解加工有更高的加工精度；⑤复合阴极工具基本无损耗。这些特点将使传统的机械加工理念发生重大变化，如：可先安排淬硬热处理工艺，然后对工件进行粗加工、精加工和抛光加工；可将整块材料从工件上切

除，而这些整块材料还可再利用。这对于节约资源、降低能耗、消除热处理变形、提高加工精度和生产效率等方面具有十分重要的意义。2.2五轴五联动数控电火花成形加工技术

为了解决我国航天航空、精密模具、发电设备等关键制造领域的钛合金、高温合金材料带叶冠整体式涡轮盘类零件和复杂模具的高效精密加工问题，实验室从瑞士引进了一台FORM300四轴联动数控精密电火花成形机床，从德国引进了伺服控制回转工作台B轴(定位精度±5”)，组成了一台五轴五联动数控电火花成形加工机床(图5)，开展了五轴联动精密数控电火花成形加工技术的研究。

2.3五轴五联动数控单向走丝电火花线切割加工技术

为了解决我国航天航空、军工、模具等行业的三维复杂直纹面精密零件的高效、微细、精密切割加工 问题，实验室从日本引进了一台FA20PS Advance四轴联动精密数控单向走丝线切割加工机床，从德 国引进了伺服控制回转工作台B轴(定位精度±5”)，组成了一台五轴五联动数控单向走丝电火花线切割加工机床，对五轴联动精密数控单向走丝电火花线切割加工技术进行研究。采用五轴五联动数控单向走丝电火花线切割机床加工螺旋桨注塑模型腔，效果很好。塑料螺旋桨产品满足了国外客商的要求，其模具加工技术处于 国内领先水平。

2.3.1五轴联动数控电加工技术为难加工材料整

体结构复杂零件和低刚度、薄壁、细长零件的加工提 供了有效手段，特别适合航空、航天和模具行业等精密复杂零部件的成形加工。

2.3.2五轴联动数控电解机械复合加工机床和五轴联动数控电火花成形机床的加工对象基本相同。但是，五轴联动数控电解机械复合加工机床具有自主知识产权，其加工效率一般是电火花加工的10倍 左右。此外，还可用于零件的电化学复合抛光加工。2.3.3五轴五联动数控单向走丝电火花线切割加工机床属于技术高度密集和复杂的特种加工机床产品，堪称电加工机床皇冠上的明珠，主要用于三维复 杂直纹面的高效、微细、精密切割，加工精度高，表面质量好，是我国航天航空、军工、模具等行业精密

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零件加工不可或缺的关键设备。

第3章五轴联动数控工具磨床的研发

与传统高速钢刀具相比，整体硬质合金刀具的特点是硬度高、脆性大，且工作曲面形状复杂，利用传统加工方法难以满足要求，一般采用数控工具磨床加工。而五轴联动数控工具磨床是高效、高质量磨削，制造精密、复杂形状刀具的

高、精、尖关键设备，也是各类数控机床中结构较复杂、自动化程度高、精度和可靠性要求高的机电一体化高技术产品，对其研究开发具有相当大的技术难度。因此，五轴联动数控工具磨床为目前业界公认的精度及可靠度要求极高的工具机，全世界目前只有少

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数几家厂商具备研发生产能力。

3.1．五轴联动数控工具磨床机 构模型

工具磨床作为一种高精密的数控装备，结构复杂，精度要求高。一般由机床的主运动部件(砂轮)、进给运动部件、辅助部件和机座等组成。图1为传统的万能工具磨床工作台结构形式。该结构属于摇臂式，磨头可以水平摆动和垂直摆动，磨头的转动采用两个齿轮传动链，为了能够完成较多的加工要求，工作台除

了有直线传动之外，还在圆周方向上有进给运动和分度运动。但由于采用两轴传动链、多级齿轮传动的方式，且传动链长，故精度很难保证；另外，其结构复杂，制造装配工艺要求高，不易于维护。通过对国内外机床工作台的典型结构进行分析后发现，一般层叠式工作台的优点是结构紧凑，而立柱式工作台可以使刚度得到较好的保证。3.2．关键零部件的受力分析

五轴工具磨床是精度要求很高的机床，关键零部件的刚性是决定精度 的重要因素之一；在机床设计的过程中，设计人员对关键零部件作了应力分 析，对工件施加一定的压力或力矩，观察各部位的受力变形情况，具体如 I。

(1)机台底座的受力分析：底座是铸造件(见图4)，是整机的重要受力件，其刚性影响机床的加工精度，具体的受力分析如图5所示。向该工件施加规定的重力 后，最大的变形量为0．4 um，分析得知满足机台的刚性要求(见表1)。

(2)z轴滑座的受力分析：z轴滑座为铸造件(见图6)，是Z轴的受力件，支撑着砂轮主轴和Z轴滑盖的上下运动，如果刚性不好，影响z轴的行走平行精度，它也是一个刚性要求较高的工件。具体的受力分析如图7所示。如表2所示，最大的变形量为0．0 026 um，满足机台的刚性要求。

(3)x轴滑台的受力分析：m轴滑台也是一个受力较大的工件(见图8)，主要是受y轴的重力和z轴的重力与加速度产生的冲击力，具体的受力分析情况如图9所

示。如表3所示，最大的变形量为0．6 um，符合机台的刚性要求。综上所述，在3个主要的支撑零部件施加两倍的支撑重物重力的压力，而最大的变形量都在1“m内，可以确定刚性符合要求。3.3．加工工艺

采用数控机床加工，钻模板不再担负导向作用，厚度明显减小；取消导向限位接杆，仅保留铰刀，缩短刀具长度，刀具强度、刚度显著增强，确保了3wq-精度。在加工工艺方面，我们进行了适当调整。精铣底面工序以往安排在加工气门阀座孔之前，而加工气门阀座和导管孔时容易对加工好的底面造成损伤，为消除这一弊端，采取先加工气门阀座和导管孔，再进行精铣底面工序，使底面的平面度和表面粗糙度得以保证，提高了气门阀座和导管孔的加工精度。随着刀具材料和专用刀具的不断发展，加工中心性能的提高，工艺方法的不断改进，将进一步提高气门阀座和导管孔的加工精度，提高产品的正品率及加工效率。

第4章五轴联动数控技术的加工案例分析

在本加工案例中，选择的是某种小轿车的汽 车模型，经过一次装卡，加工全部完成。具体来 讲，从这些方面来进行分析：本小轿车的尺寸为 450mm×290mm×220mm，加工曲面比较的复杂，将代木设置为加工材料。在本轿车模型的加工中，主要需要注意这些方面，首先是如何更好的控制 五轴联动数控机床加工中的刀轴，如何保证那些 非连续复杂曲面的加工精度；其次，采用合理方 法来制作驱动曲面，生成五轴联动以及固定五轴 的加工程序。在本次加工中，选用的是我国某公 司自主研发和生产出来的五轴联动数控机床，本 汽车模型有着较为复杂的加工曲面，还需要加工 一些倒扣面，可以

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将五轴联动加工技术的特点充 分体现出来。如果采用三轴数控机床，是无法满 足使用需求的。在数控系统方面，依然选用我国 某公司自主研发和生产的高档网络数控系统，可 以非常有效的控制多轴联动机床。并且，选用的 本网络数控技术对多轴联动加工的关键性控制技 术也进行了改进，可以更好的扩展控制轴，系统 对皮米插补功能以及其他的补偿功能也进行了改 进；此外，本系统还具有其他的一系列功能，比 如在加工过程中，可以对摆轴长度进行合理设定； 可以进行前瞻控制；另外，本数控系统还结合了 windows 系统，这样数控系统的专用性才可以得 到提高。同时，更好的设计了软件的界面，可以 对五轴加工过程进行更好的模拟显示。在卡具选用方面，也需要引起人们的重视，特别是工件的 装卡位置，选择对了位置，才可以促使操作人员 更好的装卡。我们在装卡的时候，选择的是强力 拉紧螺钉，这样在专用卡具上就可以牢牢的固定 小轿车，可以更加可靠的进行加工。合理选用加 工刀具以及刀柄，在本加工案例中，通过对汽车 模型加工要素和加工精度等进行综合分析，需要 用 3 把刀具完成加工。分别选用 r4 圆角的 Φ16 立铣刀；Φ6 整体硬质合金球刀；Φ10r1 的整体 硬质合金铣刀。刀柄选用热膨胀结构刀柄，夹持 刀具就可以更加的精准，保证在高速旋转时刀具 的动平衡，并且回转精度也不会受到影响。这样，切削加工的精度就可以得到显著提高，获得更加 好的工件表面，并且在切削过程中，刀具的受力 状态也可以得到显著改善。在 CAM 软件中后置设置方面：一是制作驱动 曲面，上文我们已经提到，在多轴编程中，首先 是依据相关策略，促使驱动点合理生成于驱动曲面，然后采取合理的投影方法，向被加工的工件表面上 投影这些生成的驱动点，依据某些规则来促使刀具 路径自动生成。在多轴加工中，可以结合具体情况 来改变刀轴的轴线方向，这样就可以有效加工复杂 曲面。我们需要注意的是，被加工曲面的加工效率 以及精度等都会受到驱动曲面的影响，因此，一定 要科学合理的制作驱动曲面，尽量制作的简单一些，不能过于复杂。二是编制数控加工程序：首先是编 制粗加工程序，利用加工模块中的固定五轴来编程 小汽车模型，促使工具加工可以从各个方向来进行，并且完成了粗加工之后，可以取出小轿车的大面积 材料。其次，编制半精加工程序，我们在半精加工 小轿车时，采用的是多轴加工—连续五轴，将工件 的残留量给去除掉。然后是编制精加工程序，在精 加工小轿车各个区域时，我们采用的是Φ6球刀，这样不仅加工精度可以得到保证，还可以有效提高 加工效率和加工质量。然后我们结合具体的操作要 求，来对驱动曲面的驱动方向、参数以及其他的各 个方面进行合理设置，比如切削方式、切削参数、非切削参数等等。其他的参数则是依据相关的规定，来对加工程序进行合理编制。一般来讲，在五轴联 动的编程中，很难采用手工编程的方式需要大量的 数学计算，借助专业的软件来进行自动编程。最后，在编制多轴程序时，非常重要的一个方面就是控制 刀轴，同时，这样方面也存在着较大的难度，它会 对工件加工的精度以及质量等诸多方面产生直接影响，因此需要引起人们足够的重视。在本加工案例 中，刀轴的变化主要是利用驱动曲面来实现的。在建造多轴后置处理方面，后置处理有着十 分大的作用，因为我们采用的 CAM 软件在计算工 件的刀具路径时，并没有考虑工件的变化，结合 工件上等待加工的空间点，来在工件上转动刀具。在后置处理时，结合机床结构以及具体的运动关 系，来对刀具路径进行数据转换，之后将其转换 为相应的合适的程序代码。要想进行多轴程序的 后置处理，就需要构造一个后置处理，保证构造 的这个后置处理和数控机床有着相同的结构，并 且和数控系统的指令格式以及运行特点等也是符 合的。那么，在构造后置处理时，需要对数控机 床的结构充分了解，并且将数控系统的运行特点 以及指令格式等充分纳入考虑范围，完成构造 之后，将其合理保存。通过自动编程将刀位程序 编制好之后，需要进行转换，一般将其转换为标 准 G 代码，这样才可以被数控机床所读取。这些 工序完成之后，就需要校验这些程序，因为本系 统

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具有模拟显示的功能，那么就可以在软件中建 立一个五轴联动数控机床，它和实际结构有着相 同的转台，其他方面也都是相同的，按照实际的 位置将汽车模型放进去，就可以进行模拟加工。机床实际加工：在转台上合理安装夹具，转 台的旋转中心和夹具的回转中心重合，然后在夹 具上安装汽车毛胚。结合编程时确定下来的加工 原点，来设定刀具，然后就可以进行机床的操作。不管是粗加工，还是精加工，都需要严格依据确 定下来的工艺参数来进行。在加工过程中，连续 摆动摆动轴，控制其摆动范围，同时，转动回转轴，配合直线轴，来对那些倒扣的曲面进行加工。

第5章新技术应用现状

柔性、复合、多轴联动、高精、高速化是多轴联 动机床发展的主流。多种先进制造技术、如 ：直驱技术、直线电机、力矩 电机、内装式 主轴、热变形控制技术 以及结构化技术等在这些机床中都被广泛利用。

它们普遍采用 力矩 电动机，刀具主轴采用 电主轴 结构，刀具主轴转速大多在 1 2，000—1 8，000 r／min 之间 ：刀具接口以 HSK形式的为多 ：各直线快速移动 速度大多在 20m-50m 规格相近的机床直线定位精 度一般在 0．008-0．01 mm 之间。有些精品，如 ：德 国 巨浪公司的 FZ 08K S MAGNUM five axis最 高转 速 40，000 rpm：DMG 公 司 的 DMU 60 eVo linear快 移速度达 80m／min：牧野公司的 D500定位精 度达 ±0．001 5mm 等

5.1新技术的应用

一 些具有本公司特色的新技术也在 以上产品中 得到应用，如 ：日本森精机的 NTX1 000采用本公司 独 特 的 DDM，BTM 和 ORC技 术。德 国 DMG公 司 的 DMU 65

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monoBIock配有 “主轴利用率和主轴振 动监视器”，这一特殊装置可 以持续监控主轴的工况。日本牧野公司的 D500采用主轴中心冷却、电机法兰冷却、滚珠丝杠轴心冷却、立柱与床身之间用隔热材 料包裹等措施，以避免机床的高速运行导致运动部件 升温而影响机床精度等。

5.2智能控制技术

主轴自适应、防碰撞、温度补偿、工件 自动检测、故 障自诊断、智能报警等功能在以上产 品中都有体 现，如 ：DMG公司 的 DMU65monoBIock和森精机 的 NTX1 000具有碰撞监控功能，在手动和 自动运行 模式下防止机床各个部件(包括刀具)的碰撞。巨浪 公司的 FZ 08K S、牧野公司的 D500等产品具有刀 具磨损自动检测补偿功能和刀具寿命监控等功能。牧 野公 司 的 D500、巨浪公 司 的 FZ 08K S等 展 品具有 工件在线测量功能等等。

5.3低碳和绿色制造方式

一 些产品推行 “降低功率，节约能源消耗”，如 ： 森精机的 NTX1 000采用 LED照明，力求在实现高效 率运转的同时减少耗电量 机内照 明具有自动开闭功 能，力求节电和延长机内照明灯的使用寿命。DMG 公司的 DMU65monoBIock的智能化待机控制功能可 以在停机状 态下避免不必要 的能源 消耗，及智能化 的 进给调节功能 以提高处理速度，节省能源

有 些产 品推行 “降 低材料使 用，节 约资 源消 耗 ”，用最小 的机床体积和占地面积来实现最大 的 加 工 范 围，如 ：牧 野 公 司 的 D500、巨浪 公 司 的 O8 MAGNUM、DMG公 司的 DMU65monoBIock和南通

科技的 5DGBC50等 ： 一 些产 品还 采取 “降低 排放 量，促 进环境 保护 ” 措施，如 ：巨浪公司 FZ 08K S的油雾分 离装置、牧 野公 司 D500和 DMG公司 DMU65 monoBIock的油 雾回收器等低碳和绿色制造方式等，用以保护有限的 地球 资源。

5.4结束语

通过这些多轴联动、复合、柔性、智能型机床的 推出，我们亲眼 目睹着国产机床技术的进步和变化，深切感受到机床人的坚持与努力。我们期待着 ：在不 远的将来，国产大飞机、航空、航天器是用拥有自主 产权的国产机床生产出的，“中国制造”的多轴联动 加工机床被列入世界一流品牌的行列，我们期待着那 一 天早 日到来。

参考文献

[1]机械设计手册编委会.机械设计手册（新版）第4卷.北京：机械工业出版社，2004 „„（参照教科书后的格式，要按国家标准规定的格式写）

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【2]陶杰，徐增豪，胡剑峰，等．国外 数控工具磨床发展状况【J】．精密制 造与自动化，2008(3)：1--3．

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第二篇：先进加工技术

工程训练报告

先进加工技术----3D打印

学院：机械与汽车工程学院

班级：机械13--4 姓名：姜晖

学号：201301011215

先进加工技术--------3D打印

众所周知，传统的打印技术及其所配套的打印设备只能进行简单或者稍微复杂的二维平面打印。然而，随着时代的发展，特别是对于加工效率，加工精度的要求日益增长的情况下，传统的二维打印越来越力不从心，在一次次高科技革命的推动下，3D打印应运而生。

3D打印，也称为3D立体打印技术，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

3D打印技术最早出现于20世纪90年代，是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。原理方面与传统的二维打印机相同，打印盒内装有粉末等打印材料与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物的一种快速成型技术。

相对于传统打印机，3D打印机所用原理基本相同，但是所用的原料并不相同，传统打印机所用的材料是墨粉和各种纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，当打印机与电脑连接后，在电脑进行控制下，按照设计人员设定的三维立体模型，将原材料一层一层叠加起来，将计算机的立体模型变为一个实实在在的立体产品。

3D打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创建部件。3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。

介绍了3D打印技术，就不得不介绍3D打印的工作过程.3D打印最重要的一个过程就是设计过程，3D打印的设计过程是：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。

其次便是相切面包一样，对模型进行切片处理：打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。

打印机打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米来计算的。一般的厚度为100微米，即0.1毫米，也有部分打印机如ObjetConnex 系列还有三维 Systems' ProJet 系列可以打印出16微米薄的一层。而平面方向则可以打印出跟激光打印机相近的分辨率。打印出来的“墨水滴”的直径通常为50到100个微米。用传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天，根据模型的尺寸以及复杂程度而定。而用三维打印的技术则可以将时间缩短为数个小时，当然其是由打印机的性能以及模型的尺寸和复杂程度而定的。

传统的制造技术如注塑法可以以较低的成本大量制造聚合物产品，而三维打印技术则可以以更快，更有弹性以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。一个桌面尺寸的三维打印机就可以满足设计者或概念开发小组制造模型的需要。

完成以上步骤后，便只剩下完成打印了：三维打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够（在弯曲的表面可能会比较粗糙，像图像上的锯齿一样），要获得更高分辨率的物品可以通过如下方法：先用当前的三维打印机打出稍大一点的物体，再稍微经过表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。

有些技术可以同时使用多种材料进行打印。有些技术在打印的过程中还会用到支撑物，比如在打印出一些有倒挂状的物体时就需要用到一些易于除去的东西（如可溶的东西）作为支撑物。

现行的3D打印有多种成型方法，每项各有利弊：

电子束是3D金属打印成型最快方法电子束快速成型技术目前还有一些技术难点尚待进一步研究，比如成型过程中废热高，金属构件中金相结构控制较为困难，特别是成型时间长，先凝固的部分经受的高温时间长，对金属晶态成长控制困难，进而引起大尺度构件应力复杂等等。

电子束成型对复杂腔体，扭转体，薄壁腔体等成型效果不佳，他的成形点阵精度在毫米级，所以成型以后仍然需要传统的精密机械加工，也需要传统的热处理，甚至锻造等等。

但电子束快速成型速度快，是目前3D金属打印类打印速度最快的，可达15KG／小时，设备工业化成熟度高，基本可由货架产品组合，生产线构建成本低，具有很强的工业普及基础，同时，电子束快速成型设备同时还能具有一定的焊接能力和金属构件表面修复能力，应用前景广泛。在发动机领域，目前美国和中国在电子束控制单晶金属近净形成型技术方面正积极研究，一旦获得突破，传统的单晶涡轮叶片生产困难和生产成本高的问题将获得极大的改善，从而大大提高航空发动机的性能，并对发动机研制改进等提供了极大的助力。

由于电子束成形精度受到电子束聚焦和扫描控制能力的限制，激光作为更高精度的能量介质引起高度重视，激光成形技术几乎是和电子束成形技术同步起步发展，但是，由于稳定的10KW以上级的大功率激光器到2008年才开始逐步工业化，所以激光成形技术在最近才出现喷涌的盛况。

激光数字成型技术主要有两个类别，一是激光近净成形制造（LENS）、金属直接沉积（DMD），这个类别的技术和电子束快速成型类似，也是利用控制扫描区域形成控制的熔融区，用金属丝或金属粉同步扫描点添加，金属熔融沉积，这项技术算电子束快速成型的高精度的进化成果，激光的扫描点阵精度可以比电子束高一个数量级，可以得到更高精度的零件，从而进一步减少材料的耗量和机械加工的需求，同时它还能保留电子束快速成型的打印速度快的优势。

这类区域熔融的技术需要大尺度的腔体提供零件加工所需的真空环境，这限制了加工零件的尺寸，激光熔融区的大小和功率直接相关，越大形的构件加工能力要求越高，由于电子束对金属的热效应深度比较大，而激光热效应深度较小，激光成形时胚体受热和散热状况要好于电子束，因此它能形成很薄的熔化区和更细密均匀的沉积构造，凝固过程中的金相结构更容易控制，热应力复杂度要低很多，可以制造更精确的形状和更复杂零件，也能制造较薄壁的零件类型。美DRAPA，洛克希德先进制造技术中心，和飞利浦、宾州大学等于2013年演示的先进制造

DM概念，就是基于这类技术基础。

激光3D打印几乎可直接加工出工业零件

目前主流的激光打印机是利用硒鼓静电吸附墨粉，激光扫描熔融墨粉形成图像的，这种打印方式精度可达300PPI，利用激光打印和粉末冶金技术结合，新一代的最有希望的最精密成型的技术是以直接金属激光烧结（Direct metal laser sintering，DMLS）和选区激光（selective laser sintering，SLS）为代表的激光精密数字成形。这两者都是在基底铺设金属粉末，由激光扫瞄烧结，所不同的是，直接烧结是边铺粉边烧，而选区烧结是先铺整层粉末，然后激光扫描烧结，这种烧结每次沉积厚度约20－100微米，通过反复多次的沉积最终获得三维立体的零件。

激光精密成形的优点是精度高，成形点阵可以小于0.01毫米，可以得到近似平滑的表面，能够处理空腔，薄壁等复杂空间扭转体，和相互交叉穿透的复杂空腔和管路，几乎可以加工出直接应用的工业零件。

激光3D打印零件强度略小于锻造机加件

高精度激光烧结对激光的功率要求中等，烧结点温度虽然高，但是点阵小，每点阵金属熔融凝固量很少，全过程热释放低，材料胚体温度接近常温区，较少形成复杂的热应力情况，金属凝固形成的金相较为均匀细密，大多为细小的晶格态，类似于经过锻造的金属构件，获得金属零件强度略小于锻造机加件。

美国德州大学奥斯汀分院最早于1986年提出SLS的专利，由DTM公司提供商用设备，美国麻省理工1988年提出DMLS的概念和专利，但目前商用化设备主要的供应商都来源于欧洲，德国EOS略占优势，MTT 公司和 Concept Laser 公司也具有很强的竞争力。中国于1998年以后开始开展SLS方面的研究，2000年以后，随着商品化光纤激光器的成熟，国内在SLS方面取得一定成果，2004年起，有至少3家公司和单位提出SLS技术应用化的专利，在航空领域因材料强度方面的问题，早期的应用主要在快速建立冶金应用模具方面。

作为一种主流的高新技术，3D打印有着非常广阔的应用领域：军工，航天，医学，甚至于建筑行业，均存在着3D打印技术的影子.3D打印技术目前在全球也是前沿技术和前沿应用，最尖端的航空工业对这种技术最为关注也最严谨，美国90年代中期就获得这类技术的工业尝试，但是他们一直称为近净成型加工技术，F－22,F－35都有应用，不过因为一些加工工艺等原因，美国也没有能大规模应用，但美国将这一技术一直作为先进制造技术而由美国国防高级研究计划局（DRAPA）牵头，组织美国30多家企业对这一技术长期研究。

美国如此重视，我国自然也不甘落后。最近几年，中国航空工业捷报频传，先进战斗机歼-20，歼-31，舰载机歼-15，运输机运-20一大批高新机不断诞生，接踵而出，最为引人关注的是，在2013年全球3D打印热潮中，以北航和西工大两个科研主体带动，沈飞、成飞、西飞等数家航空制造企业为主体，成为全球第二个能够在实际应用中利用3D打印技术制造飞机零件的国家。

与其他的高新技术一样，3D打印技术也有着自身的缺点和不足之处。

3D打印零件强度还难以作为飞机受力构件

3D打印概念的出现是一种制造工业领域革命性的新技术，目前的诸多成形手段和方法都有各自的具体优点和缺陷，在航空领域，选择烧结SLS技术看起来潜力最大，应用前景最广泛，它的材料适应范围最广，从铝合金、钛合金、高强度钢、高温合金到陶瓷都能处理，但是它属于微观粉末冶金的范畴，快速成形中，粉末冶金技术中因熔融——凝固过程过快，成形体中容易夹杂空穴，未完全熔融的粉末，胚体缺陷还有可能包括激光扫描线方向形成的熔融——凝固不均匀金相微观线状晶格排列，这些都会严重影响了成形件的强度。

目前激光选区成形的构件大多都只能达到同牌号金属铸造的强度水平，虽然这已经能让构件进入正常的应用领域，但显然要承担象飞机这样的主要结构受力构件还是有很大限制的。

3D金属打印零件表面还需进一步机械加工直接金属激光烧结DMLS技术因为直接用激光熔融金属丝沉积，金属本身是致密体重熔，不易产生粉末冶金那样的成形时的空穴，这个技术生产的构件致密度可达99％以上，接近锻造的材料胚体，目前国际国内都主要利用这种技术制造高受力构件，它能达到同牌号金属最 高强度的90～95％左右的水平，接近一般锻造构件。

目前的金属3D打印构件都不能直接形成符合要求的零件表面，它都必须经过表面的机械加工，去除表面多余的，不连续的，不光滑的金属，才能作为最终使用的零件，因此，尽管3D打印可以获得复杂的空间结构和一些复杂的管路和腔体，但是这些管路和腔体的机械加工很有可能无法进行，其零件的重量效率，管路流动效率等方面不一定能够满足实际需求，因此，尽管3D打印可能能一步直接完成很多复杂零件的成形，但其还不具备直接取代传统机械加工的能力。

3D打印对飞机大型构件制造还存在问题

直接成形的金属零件在生产过程中因为反复经受局部接近熔点温度受热，内部热应力状态复杂，在成形某些大型细长体，薄壁体金属构件时，应力处理和控制还不能满足要求，实际上到目前为止一直影响3D打印在航空业的应用也正是因为这个原因。

美国从1992年开始就不断利用这类技术希望能够直接生产飞机用的大型框架，粱绗，整体壁板等，正是因为应力复杂，大型构件成形过程中或成形后会产生严重变形，严重到无法使用。所以3D打印技术尽管很早就出现了，但国外航空工业界还持有相当的保守态度也是有原因的。激光3D打印工业化面临精细度难题目前激光成形技术面临工业化的两个方向相互间有矛盾，一是打印精细度，目前的打印精细度SLS最高，基本在1～0.1毫米左右，而其他技术加工生成的零件表面精度则在0.8～5毫米之间，目前市场销售的2D激光打印机点阵精度在1200DPI左右即0.02毫米，这个精度可以获得近似光滑的曲面，提高精度受到打印耗材粉末的粒径粗细和激光熔融金属液态滴状表面张力影响，要把精度提高到0.1毫米以下还有很大困难，不过铺粉预处理、激光超快速融化——凝固等技术的出现会为提高激光成形的精度有很大帮助。

激光3D打印工业化面临打印速度难题另一个发展方向则是提高打印速度，目前激光打印的速度还是较慢的，每小时印重量大多都在1公斤以下，最好水平也只有9公斤／小时左右，要实现工业化生产，特别是大规模化生产，这个速度是不够的，现在的激光成形基本还是单光头单层铺粉作业，未来为了提高打印速度和应对超大型构件打印，已经有多光头多层铺粉同步打印的设计出现。

激光成形目前尚属于单一技术应用，但是在工业界，激光冲击强化在冶金方面应用已经有10几年的历史了，激光打印成形实际上很有希望能够直接集成激光冲击强化，激光淬火等技术，它能让激光成形的构件更加致密，且具有高级别的强度，实际上激光3D打印机都能简单的通过软件控制来实现激光冲击强化的功能。

现在3D打印技术还只是露出第一缕曙光

新的制造方法需要新的一系列处理工艺配合，3D打印目前只能算一丝曙光，真正达到大规模应用产生效益，还需要很长的时间发展和积累。

3D打印技术的出现是信息革命在攻克传统工业的最后堡垒的终结的冲锋号，因而引发了一系列的科学技术领域研究的新课题，激光粉末冶金，微沉积金相学，微观淬火、锻造，激光冲击强化等一系列机械制造，冶金等领域的课题将会让已经暮气沉沉的传统冶金科学，和制造科学领域重新充满发展的动力，在未来的数十年间，谁在这些技术领域获得应用化的实际成果，可能会影响和颠覆现有的制造工业的基本面貌,未来可谓潜力无限。

第三篇：纳米加工技术

纳米加工技术及其应用

江苏科技大学机械学院

学号：139020021

姓名：原旭全

纳米尺度的研究作为一门技术,是80年代刚刚兴起的.它所研究的对象是一般研究机构很难涉猎的即非宏观又非微观的中间领域,有人称之为介观领域.所谓纳米技术通常指纳米级(0.1nm~l00nm)的材料、设计、制造、测量、控制和产品的技术.纳米技术主要包括纳米级精度和表面形貌的测量;纳米级表层物理、化学、机械性能的检测;纳米级精度的加工和纳米级表层的加工一一原子和分子的去除、搬迁和重组;纳米材料;纳米级微传感器和控制技术;微型和超微型机械;微型和超微型机电系统;纳米生物学等;纳米加工技术是纳米技术的一个组成部分.纳米加工的含义是达到纳米级精度(包括纳米级尺寸精度,纳米级形位精度和纳米级表面质量)的加工技术.其原理使用极尖的探针对被测表面扫描(探针和被侧表面不接触),借助纳米级的三维位移控制系统测量该表面的三维微观立体形貌.材料制造技术.著名的诺贝尔奖获得者Feyneman在20世纪60年代曾预言:如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话,我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性,就会看到材料的性能产生丰富的变化.他说的材料即现在的纳米材料.纳米材料是由纳米级的超微粒子经压实和烧结而成的.它的微粒尺寸大于原子簇,小于通常的微粒,一般为l一100nm.它包括体积份数近似相等的两部分:一是直径为几个或几十个纳米的粒子;二是粒子间的界面.纳米材料的两个重要特征是纳米晶粒和由此产生的高浓度晶界.这导致材料的力学性能、磁性、介电性、超导性、光学乃至热力学性能的改变.如:纳米陶瓷由脆性变为100%的延展性,甚至出现超塑性.纳米金属居然有导体变成绝缘体.金属纳米粒子掺杂到化纤制品或纸张中,可大大降低静电作用.纳米Tiq按一定比例加入到化妆品中,可有效遮蔽紫外线.当前纳米材料制造方法主要有:气相法、液相法、放电爆炸法、机械法等.l)气相法:¹热分解法:金属拨基化合物在惰性介质(N2或洁净油)中热分解,或在H冲激光分解.此方法粒度易控制,适于大规模生产.现在用于Ni、Fe、W、M。等金属,最细颗粒可达3一10nm.º真空

蒸发法:金属在真空中加热蒸发后沉积于一转动圆的流动油面上;可用真空蒸馏使颗粒浓缩.此法平均颗粒度小于10nm.2)液相法:¹沉积法:采用各种可溶性的化合物经混合,反应生成不溶解的氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐或有机盐等沉淀.把过滤后的沉淀物热分解获得高强超纯细粉.采用此工艺制备出均质的玻璃和陶瓷.由于该法可制备超细(10nm一100nm)、化学组成及形貌均匀的多种单一或复合氧化物粉料.已成为一种重要的超细粉的制备方法.3)放电爆炸法:金属细丝在充满惰性气体的圆筒内瞬间通人大电流而爆炸.此法可制造Mo.W等难熔金属的超细颗粒(25一350nm),但不能连续操作.4)机械法:利用单质粉末在搅拌球磨(AttritorMill)过程中颗粒与颗粒间和颗粒与球之间的强烈、频繁的碰撞粉碎.近几年大量采用搅拌磨,即利用被搅拌棍搅拌的研磨介质之间的研磨,将粉料粉碎粉碎效率比球磨机或振动磨都高.(3)三束加工技术:可用于刻蚀、打孔、切割、焊接、表面处理等.l)电子束加工技术:电子束加工时,被加速的电子将其能量转化成热能,以便除去穿透层表面的原子,因此不易得到高精度.但电子束可以聚焦成很小的束斑(巾0.1林m)照射敏感材料.用电子刻蚀,可加工出0.1林m线条宽度.而在制造集成电路中实际应用.2)离子束加工技术:因离子直径为0.Inm数量级.故可直接将工件表面的原子碰撞出去达到加工的目的.用聚焦的离子束进行刻蚀,可得到精确的形状和纳米级的线条宽度.3)激光束加工技术:激光束中的粒子是光子,光子虽没有静止质量,但有较高的能量密度.激光束加工常用YAG激光器认封.06林m)和Cq激光器位一10.63林m).激光束加工不是用光能直接撞击去掉表面原子,而是光能使材料熔化、汽化后去掉原子.(4)LIGA(Lithographie,Galvanoforming,Abforming)技术.这是最新发展的光刻、电铸和模铸的复合微细加工技术.它采用深度同步辐射X射线光刻,可以制造最大高度为1000林m、高宽比为200的立体结构,加工精度可达0.1林m.刻出的图形侧壁陡峭,表面

光滑.加工微型器件可批量复制,加工成本低.目前,在LIGA工艺中再加入牺牲层的方法,使加工出的微器件一部分可脱离母体而能转动或移动.这在制造微型电动机或其他驱动器时极为有用.LIGA技术对微型机械是非常有用的工艺方法.1与常规精加工的比较

纳米级加工中.工件表面的原子和分子是直接加工的对象.即需切断原子间的结合.纳米加工实际已到了加工的极限.而常规的精加工欲控制切断原子间的结合是无能为力的,其局限性在于: l)高精度加工工件时,切削量应尽量小而常规的切削和磨削加工,要达到纳米级切除量,切削刀具的刀刃钝圆半径必须是纳米级,研磨磨料也必须是超细微粉.目前对纳米级刃口半径还无法直接测量.2)工艺系统的误差复映到工件,工艺系统的受力/热变形、振动、工件装夹等都将影响工件精度.3)即使检测手段和补偿原理正确,加工误差的补偿也是有限的.4)加工过程中存在不稳定因素.如切削热,环境变化及振动等.由此可见.传统的切削/磨削方法,一方面由于加工方法的局限或由于加工机床精度所限,显示出在纳米加工领域应用裕度不足.另一方面,由于科技产业迅猛发展,加工技术的极限不断受到挑战.有研究表明,磨削可获得o.35nm的表面粗糙度,但对如何实现稳定、可靠的纳米机加工以及观察研究材料微加工过程力学性能则始终受到实验手段的限制.因此纳米机加工必须寻求新的途径即直接用光子、电子、离子等基本粒子进行加工.例如,用电子束光刻加工超大规模集成电路.2.微纳米加工技术的分类

自人类发明工具以来,加工是人类生产活动的主要内容之一.所谓加工是运用各种工具将原材料改造成为具有某种用途的形状.一提到加工,人们自然会联想到机械加工.机械加工是将某种原材料经过切削或模压形成最基本的部件,然后将多个基本部件装配成一个复杂的系统.某些机械加工也可以称为微纳米加工.因为就其加工精度而言,某些现代磨削或抛光加工的精度可以达到微米或纳米量级.但本文所讨论的微纳米加工技术是指加工形成的部件或结构本身的尺寸在微米或纳米量级.微纳米加工技术是一项涵盖门类广泛并且不断发展中的技术.在2004年国际微纳米工程年会上,曾有人总结出多达60种微纳米加工方法.可见实现微纳米结构与器件的方法是多样的.本文不可能将所有微纳米加工技术一一介绍.对这些加工技术的详细介绍目前已有专著出版.笔者在此仅将已开发出的微纳米加工技术归纳为三种类型作概括性的介绍

（1）平面工艺

以平面工艺为基础的微纳米加工是与传统机械加工概念完全不同的加工技术.图1描绘了平面工艺的基本步骤.平面工艺依赖于光刻(lithography)技术.首先将一层光敏物质感光,通过显影使感光层受到辐射的部分或未受到辐射的部分留在基底材料表面,它代表了设计的图案.然后通过材料沉积或腐蚀将感光层的图案转移到基底材料表面.通过多层曝光,腐蚀或沉积,复杂的微纳米结构可以从基底材料上构筑起来.这些图案的曝光可以通过光学掩投影实现,也可以通过直接扫描激光束,电子束或离子束实现.腐蚀技术包括化学液体湿法腐蚀和各种等离子体干法刻蚀.材料沉积技术包括热蒸发沉积,化学气相沉积或电铸沉积.图1平面工艺的基本过程:在硅片上涂光刻胶、曝光、显影,然后把胶 的图形通过刻蚀或沉积转移到其他材料

（2）探针工艺

探针工艺可以说是传统机械加工的延伸,这里各种微纳米尺寸的探针取代了传统的机械切削工具.微纳米探针不仅包括诸如扫描隧道显微探针,原子力显微探针等固态形式的探针,还包括聚焦离子束,激光束,原子束和火花放电微探针等非固态形式的探针.原子力探针或扫描隧道电子探针一方面可以直接操纵原子的排列,同时也可以直接在基底材料表面形成纳米量级的氧化层结构或产生电子曝光作用.这些固体微探针还可以通过液体输运方法将高分子材料传递到固体表面,形成纳米量级的单分子层点阵或图形.非固态微探针如聚焦离子束,可以通过聚焦得到小于10nm的束直径,由聚焦离子束溅射刻蚀或化学气体辅助沉积可以直接在各种材料表面形成微纳米结构.聚焦激光束已经广泛应用于传统加工工业,作为切割或焊接工具.高度聚焦的激光束也可以直接剥蚀形成微纳米结构,例如近年来出现的飞秒激光加工技术.利用激光对某些有机化合物的光固化作用也可以直接形成三维立体微纳米结构.只要加工的工具足够小,即使传统机械加工技术也有可能制作微米量级的结构.例如,利用聚焦离子束的微加工能力可以制造尖端小于10Lm的高速钢铣刀.这种微型铣刀可以加工小于100Lm的沟槽或台阶结构.探针工艺与平面工艺的最大区别是,探针工艺只能以顺序方式加工微纳米结构.而平面工艺是以平行方式加工,即大量微结构同时形成.因此平面工艺是一种适合于大生产的工艺.但探针工艺是直接加工材料,而不是像平面工艺那样通过曝光光刻胶间接加工.3纳米级加工的关键技术

(l)测量技术

纳米级测量技术包括纳米级精度的尺寸和位移的测量、纳米级表面形貌的测量.纳米级测量技术主要有两个发展方向:1)光干涉测量技术:可用于长度、位移、表面显微形貌的精确测量.用此原理测量的方法有双频激光干涉测量、光外差干涉测量、X射线干涉测量等.2)扫描探针显微测量技术:主要用于测量表面微观形貌.用此原理的测量方法有扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)等.(5)扫描隧道显微加工技术(sTM).扫描隧道显微加工技术是纳米加工技术中的最新发展,可实现原子、分子的搬迁、去除、增添和排列重组,可实现极限的精加工或原子级的精加工.近年来这方面发展迅速,取得多项重要成果.1990年美国Eigler等人,在低温和超真空环境中,用STM将镍表面吸附的xe(氛)原子逐一搬迁,最终以35个Xe原子排成IBM3个字母,每个字母高snm.Xe原子间最短距离约为Inm,以后他们又实现了原子的搬迁排列.在铂单晶的表面上,将吸附的一氧化碳分子用sTM搬迁排列起来,构成一个身高snm的世界上最小人的图样.此“一氧化碳小人”的分子间距仅为0.snm.将STM用于纳米级光刻加工时,它具有极细的光斑直径,可以达原子级,可得到10nm宽的线条图案.4微型机械和微型机电系统

(l)微型机械.现在微型机械的研究已达到较高水平,已能制造多种微型零件和微型机构.已研制成功的三维微型机械构件有微齿轮、微弹簧、微连杆、微轴承等.微执行器是比较复杂、难度大的微型器件,研制成功的有微阀、微泵、微开关、微电动机等.(2)微型机电系统.MEMS是在微电子工艺基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域.是纳米加工技术走向实用化,能产生经济效益的主要领域.比如:l)微型机器人是一个非常复杂的机电系统.美国正在研制的无人驾驶飞机仅有蜻蜓大小,并计划进一步缩小成蚊子机器人,用于收集情报和窃听.医用超微型机器人是最有发展前途的应用领域.它可进入人的血管,从主动脉管壁上刮去堆积的脂肪,疏通患脑血栓病人阻塞的血管.日本制定了采用机器人外科医生的计划,并正在开发能在人体血管中穿行、用于发现并杀死癌细胞的超微型机器人.2)微型惯性仪表:惯性仪表是航空、航天、航海中指示方向的导航仪器,由于要求体积小、重量轻、精度高、工作可靠.因此是微型机电系统应用的理想领域.现在国外已有微型加速度几何微型陀螺仪的商品生产,体积和重量都很小,但尚需提高精度.由于MEMs的发展已初具基础,微型器件的发展也已达到一定水平,同时有微电子工业制造集成电路的经验可借鉴,各产业部门又有使用MEMS的要求,因此现在MEMS的发展条件已具备.4.微纳米加工技术发展趋势

微纳米加工技术是一项不断发展中的技术.新技术取代老技术,先进技术取代落后技术是客观发展规律.加工技术本身从来都只是手段,其目的是服务于科学研究或工业产品开发与生产.因此新的科研课题或新的工业产品开发会不断对加工技术提出新的要求.新的加工技术将会不断出现.5.参考文献

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第四篇：食品加工技术

食品加工技术培训讲座

黄国柱

[培养目标]培养能从事食品生产加工、设备操作与维护、生产管理与品质控制、产品开发、工程设计等岗位高素质高级技能型专门人才。

[主要课程] 食品生产技术（焙烤、肉制品、乳制品、饮料、方便休闲、果蔬制品）、食品安全与品质控制、食品生物化学、食品微生物、食品加工原理、专业综合实训及毕业实践等。

[就业趋向]可直接从事食品生产企业的工艺员、技术员、品控员、质检员、管理员及食品的生产、经营管理、质量监督、技术服务等工作。

食品药品监督管理

[培养目标]培养掌握食品感官、理化、微生物检验技术和质量管理等方面的高素质高级技能型专门人才。

[主要课程]食品理化检验技术、仪器分析、食品安全与品质控制、食品质量管理、食品微生物、食品感官评定、专业综合实训及毕业实践等。

[就业趋向] 适合于海关、商检、卫检、产品质量监督检验所、各类食品生产企事业单位等，从事食品分析与检验、质量和安全的监督与管理等工作。

食品营养与检测（食品营养与保健方向）

[培养目标]培养具备营养健康指导、保健食品生产，能从事营养

保健食品生产操作、技术管理、品质控制与营销，食品营养与健康服务的高素质高级技能型专门人才。

[主要课程] 基础营养学、公共营养、特殊人群营养、功能食品生产、食品质量管理、食品生物化学、专业综合实训及毕业实践等。

[就业趋向]从事营养健康指导、营养配餐、保健食品生产、食品质量安全与监督等工作。

食品贮运与营销

[培养目标]培养掌握农产品贮藏与保鲜、食品质量控制、食品市场营销、企业经营管理等高素质高级技能型专门人才。

[主要课程]食品贮藏与保鲜、农产品加工技术、食品商品学、市场营销、食品质量管理、食品包装学、食品市场调查、专业综合实训及毕业实践等。

[就业趋向]可到各类食品生产企事业单位和食品经营管理部门，从事食品贮藏保鲜、经营管理、产品销售等工作。

食品生物技术

[培养目标] 培养掌握发酵食品生产与管理、新产品开发与研制、安全检测、品质控制等方面的高素质高级技能型专门人才。

[主要课程] 食用菌生产技术、酶制剂生产与应用、发酵调味品生产技术、食品理化检验技术、食品微生物、专业综合实训及毕业实践等。

[就业趋向]可在食品、商检、轻化工、卫生防疫、环保等行业从事产品开发、检疫检验、生产与管理等工作。

饲料与动物营养

[培养目标]培养掌握动物营养、饲料生产、动物生产及动物保健的基本知识和基本技能的高素质高级技能型专门人才。

[主要课程] 动物营养学、配合饲料学、饲料企业管理、饲料营销学、饲料加工工艺与设备、饲料分析与质量检验、专业综合实训及毕业实践等。

[就业趋向]可在饲料生产企、事业单位从事生产与管理等工作。

第五篇：激光加工技术

激光加工技术

一、技术概述

激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料（包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门加工技术。激光加工技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，它的研究范围一般可分为：

1．激光加工系统。包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。

2．激光加工工艺。包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。

二、现状及国内外发展趋势

作为20世纪科学技术发展的主要标志和现代信息社会光电子技术的支柱之一，激光技术和激光产业的发展受到世界先进国家的高度重视。

激光加工是国外激光应用中最大的项目，也是对传统产业改造的重要手段，主要是kW级到10kW级CO2激光器和百瓦到千瓦级YAG激光器实现对各种材料的切割、焊接、打孔、刻划和热处理等。据1997~1998年的最新激光市场评述和预测，1997年全世界总激光器市场销售额达32.2亿美元，比1996年增长14％，其中材料加工为8.29亿美元，医疗应用3亿美元，研究领域1.5亿美元。1998年总收入预计增长19％，可达到38.2亿美元。其中占第一位的材料加工预计超过10亿美元，医用激光器是国外第二大应用。

激光加工应用领域中，CO2激光器以切割和焊接应用最广，分别占到70％和20％，表面处理则不到10％。而YAG激光器的应用是以焊接、标记（50％）和切割（15％）为主。在美国和欧洲CO2激光器占到了70~80％。我国激光加工中以切割为主的占10％，其中98％以上的CO2激光器，功率在1.5kW~2kW范围内，而以热处理为主的约占15％，大多数是进行激光处理汽车发动机的汽缸套。这项技术的经济性和社会效益都很高，故有很大的市场前景。

在汽车工业中，激光加工技术充分发挥了其先进、快速、灵活地加工特点。如在汽车样机和小批量生产中大量使用三维激光切割机，不仅节省了样板及工装设备，还大大缩短了生产准备周期；激光束在高硬度材料和复杂而弯曲的表面打小孔，速度快而不产生破损；激光焊接在汽车工业中已成为标准工艺，日本Toyota已将激光用于车身面板的焊接，将不同厚度和不同表面涂敷的金属板焊接在一起，然后再进行冲压。虽然激光热处理在国外不如焊接和切割普遍，但在汽车工业中仍应用广泛，如缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿轮等零部件的热处理。在工业发达国家，激光加工技术和计算机数控技术及柔性制造技术相结合，派生出激光快速成形技术。该项技术不仅可以快速制造模型，而且还可以直接由金属粉末熔融，制造出金属模具。

到了80年代，YAG激光器在焊接、切割、打孔和标记等方面发挥了越来越大作用。通常认为YAG激光器切割可以得到好的切割质量和高的切割精度，但在切割速度上受到限制。随着YAG激光器输出功率和光束质量的提高而被突破。YAG激光器已开始挤进kw级CO2激光器切割市场。YAG激光器特别适合焊接不允许热变形和焊接污染的微型器件，如锂电池、心脏起搏器、密封继电器等。YAG激光器打孔已发展成为最大的激光加工应用。

目前，国外激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。激光打孔的迅速发展，主要体现在打孔用YAG激光器的平均输出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。打孔峰值功率高达30~50kw，打孔用的脉冲宽度越来越窄，重复频率越来越高，激光器输出参数的提高，很大程度上改善了打孔质量，提高了打孔速度，也扩大了打孔的应用范围。国内目前比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚石拉丝模的生产及手表宝石轴承的生产中。

目前激光加工技术研究开发的重点可归纳为：

－－新一代工业激光器研究，目前处在技术上的更新时期，其标志是二极管泵浦全固态激光器的发展及应用；

－－精细激光加工，在激光加工应用统计中微细加工1996年只占6％，1997年翻了一倍达12％，1998年已增加到19％；

－－加工系统智能化，系统集成不仅是加工本身，而是带有实时检测、反馈处理，随着专家系统的建立，加工系统智能化已成为必然的发展趋势。

激光技术在我国经过30多年的发展，取得了上千项科技成果，许多已用于生产实践，激光加工设备产量平均每年以20％的速度增长，为传统产业的技术改造、提高产品质量解决了许多问题，如激光毛化纤技术正在宝钢、本钢等大型钢厂推广，将改变我国汽车覆盖件的钢板完全依赖进口的状态，激光标记机与激光焊接机的质量、功能、价格符合国内目前市场的需求，市场占有率达90％以上。

存在的主要问题：

－－科研成果转化为商品的能力差，许多有市场前景的成果停留在实验室的样机阶段；

－－激光加工系统的核心部件激光器的品种少、技术落后、可靠性差。国外不仅二级管泵浦的全固态激光器已用于生产过程中，而且二级管激光器也被应用，而我国二极管泵浦的全固态激光器还处在刚开始研究开发阶段。

－－对加工技术的研究少，尤其对精细加工技术的研究更为薄弱，对紫外波激光进行加工的研究进行的极少。

－－激光加工设备的可靠性、安全性、可维修性、配套性较差，难以满足工业生产的需要。

三、“十五”目标及主要研究内容

1．目标

“十五”的主要工作是促进激光加工产业的发展，保持激光器年产值20％的平均增长率，实现年产值200亿元以上；在工业生产应用中普及和推广加工技术，重点完成电子、汽车、钢铁、石油、造船、航空等传统工业应用激光技术进行改造的示范工程；为信息、材料、生物、能源、空间、海洋等六大高科技领域提供崭新的激光设备和仪器。

2．主要研究内容

（1）激光加工用大功率CO2和固体激光器及准分子激光器的引进机型研究，提高国产机水平；同时开发和研制专用配套的激光加工机床，提高激光器产品在生产线上稳定运行的周期，力争在国内建立较全面的加工用激光器的生产基地。

（2）建立激光加工设备参数的检测手段，并进行方法研究。

（3）激光切割技术研究。对现有的激光切割系统进行二次开发和产业化，提供性能好、价格便宜的2－3轴数控CO2切割机，并开展相应的切割工艺的研究，使该工艺广泛用于材料加工、汽车、航天及造船等领域。为此应着重在激光器外围装置，如：导光系统、过程监测和控制、喷咀、浮动装置的设计和研制以及CAD／CAM等方面开展工作。

（4）激光焊接技术研究。开展激光焊接工艺及材料、焊接工艺对设备要求及焊接过程参数监测和控制技术研究，从而掌握普通钢材、有色金属及特殊钢材的焊接工艺。

（5）激光表面处理技术研究。开展维CAD／CAM技术、激光表面处理工艺、材料性能及激光表面处理工艺参数监测和控制研究，使激光表面处理工艺能较大幅度的应用于生产。

（6）激光加工光束质量及加工外围装置研究。研究各种激光加工工艺对激光光束的质量要求、激光光束和加工质量监控技术，光学系统及加工头设计和研制。

（7）择优支持2~3个国家级加工技术研究中心，开展激光加工工艺技术研究，重点是材料表面改性和热处理方面的研究和推广应用；开展激光快速成形技术的应用研究，拓宽激光应用领域。