如何探索快速制造机床技术应用发展之路

第一篇：如何探索快速制造机床技术应用发展之路

如何探索快速制造机床技术应用发展之路 快速原型(RapidPrototyping，RP)制造技术产生20多年来，基于“离散-堆积”原理和增材制造的方法，具有高度柔性的制造思想已经被企业界广泛接受，其应用已从最初的设计原型和测试原型制造向最终产品制造的方向发展。这项技术已经扩展为快速制造(RapidManufacturing，RM)[1-4]。快速制造作为一种新的生产模式，可分为直接快速制造与间接快速制造两大类。其中，直接快速制造指的是通过快速制造直接完成功能零件或具有完全功能的结构件；间接快速制造是指通过RM完成工、模具制造，再采用工模具进行零件的制造，又称快速工模具制造(RapidTooling，RT)。本文主要讨论零部件的直接制造。

全球范围的厂商纷纷采用RP和RM技术来简化产品的开发过程，提高生产效率，增强产品竞争力，RP和RM技术呈现波浪式前进的势头。从国际市场来看，RP市场正逐渐向RM市场发展，RP市场本身已进入成熟的商业化阶段，各种工艺以及相应的设备均具有比较固定的应用对象，有关RP设备制造厂商和RP技术服务厂商各在其领域内有相当程度的知名度，如美国的3DSystems、Stratasys、ZCorp公司，德国的EOS公司，以色列的Objet公司，瑞典的Arcam公司等；而RM技术日趋成熟，明显具有潜在的市场，已开始引发生产厂商极大的重视，RM技术的每一点进步都被他们收入眼帘，并且对于其产品化的前景给予关注，RM技术已处于形成新产业的前夜。上述RP领域的知名公司，相当一部分亦开发出属于RM领域的新技术、新工艺和新设备。

中国的RP市场已经度过了启蒙期，正处于快速发展的阶段，国内众多用户群为国外RP厂商所艳羡，纷纷寻找商机进入中国市场。从第十届北京国际机床博览会反映的情况来看，南方市场和华东市场的发展最为迅速；北方以北京为RP和RM科技研发中心，既促进了此领域技术的高速发展，亦带动了对于RP设备的需求。业界一般认为，目前国内RP行业的规模大约从2000年占全球的1%，发展到2007年的5%左右，发展势头远远快于国际平均水平。其中国产RP设备在国内市场份额进一步提高，并且已经有出口记录，表明我国民族RP产业在健康地发展。在国际RP领域知名的美国WohlersAssociatesInc公司按年出版的WohlersReport中，自2002年起，在RP设备制造厂家列表中，开始引入中国RP公司的名字，至2006年，共引入6家公司的名字，涵盖25种不同类型及型号的设备，列表中我国公司的数目排在美、日之后，列第三位[5]。

相比之下，我国的RM技术受重视的程度较差，一方面相关研究的投入不够，仅由国家自然科学基金对部分项目给予资助，而资助力度仅够完成一些原理性的研究，无法向产品化、产业化的方向发展；另一方面，相关的普及工作也做得不够，许多人都认为，RM所需的投入大，见效慢，技术的成熟度低，不能很快用于实际。

第二篇：快速原型先进制造技术

快速原型制造技术

摘 要：本课程主要学习了几种先进制造技术（包括超高速加工、超精密加工、微细加工、高能束加工及快速原型制造技术）、制造自动化技术以及现代管理模式。针对先进制造技术的发展方向，并结合课题研究，本文简要介绍快速原型制造技术（RP）的基本原理、特点、加工制造过程、6种主要的PR技术及其应用与发展趋势。

关键词：先进制造；快速原型制造；课题研究；基本原理；发展趋势

1.什么是快速原型（Rapid Prototyping）

借助电脑辅助设计或由实体逆向方法取得原型或零件几何形状、结构，并以此建立数位化模型，再利用电脑控制的机电集成制造系统，通过逐点、逐面进行材料“三维堆砌”成型，再经过必要处理，使其在外观、強度和性能等方面达到设计要求，达到快速、准确地制造原型或实际零件的方法。根据零件的复杂程度，这个过程一般需要1～7天的时间。换句话说，RP技术是一项快速直接地制造单件零件的技术，如下图1所示。

图1 快速原型示意图

2.RP技术的基本工作原理：

RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。快速原型技术的原理是：将计算机内的三维数据模型进行分层切片得到各层截面的轮廓数据，计算机据此信息控制激光器（或喷嘴）有选择性地烧结一层接一层的粉末材料（或固化一层又一层的液态光敏树脂，或切割一层又一层的片状材料，或喷射一层又一层的热熔材料或粘合剂）形成一系列具有一个微小厚度的的片状实体，再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层堆积成一体，便可以制造出所设计的新产品样件、模型或模具。

比如要做一个小圆球，电脑将圆球的实体数据，通过专用的软件，转化成一个一个薄片的数据。第一个薄片是一个点，第二个薄片是一个小圆片，第三个薄片是一个稍大一点的圆片……，一片一片粘在一起，就成了一个圆球。

不同公司制造的RP系统所用的成形材料不同，系统的工作原理也有所不同，但其基本原理都是“分层制造、逐层叠加”。这种工艺可以形象地叫做“增长法”或“加法”。RP系统可以根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，每个截面数据相当于医学上的一张CT像片；然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。整个制造过程可以比喻为一个“积分”的过程。当然，整个过程是在计算机的控制下，由快速成形系统自动完成的。基本原理都是一样的，那就是“分层制造、逐层叠加”。这种工艺可以形象地叫做“增长法”或“加法”。

3.快速原型制造技术的加工制造过程

目前进入应用领域的各种快速原型制造技术采用的成型机理有所不同，但它们的加工制造过程类似，均大致包括以下五个步骤：

图2 快速原型制造加工过程

1、生产CAD设计模型。首先利用计算机辅助设计（CAD）软件包生成制件的三维实体模型。目前常用的实体造型软件有：Pro/E、UG—Ⅱ、Power Shape等，也可通过反求工程来获得制件的三维描述信息。

2、将三维CAD设计模型转换成STL（STL为RP技术工业标准）格式，在转换过程中，要综合考虑加工精度、加工工作量和文件容量等因素。

3、用预加工软件将STL模型转换成加工文件，即根据制造工艺不同，将STL模型切割成0.01~0.7mm薄片层。在这一过程中，要根据性能要求和尽量减少加工时间的原则选择被加工工件的坐标和加工方向，同时考虑工件加工过程中的支撑。

4、实际加工过程，不同的RP技术，设备和加工原理有所不同，但大多是一层一层地制造。所用的材料有聚脂材料、纸、粉末陶瓷或金属等。加工过程自动化很高，不用人工干预。

5、后处理工序，包括从机器中取出工件，进行必要的清理和表面处理如：封蜡、涂漆等，以增加外观质量和耐用性，最新的后处理加工如：采用高温渗入环氧树脂和静电镀镍等技术可获得表面质量很高的制品。

4.主要的快速原型制造（RP&M）技术

RP&M的制造技术、原理和设备类型有多种，但较成熟的和具有影响的主要有以下六种。4.1.立体光造型（SLA）

立体光造型是研究最早和较为成熟的一项快速原型制造技术。它是利用液体光敏聚脂材料在紫外光照射下固化的特点而实现三维造型的。

首先将造型平台置于液体聚脂材料液面以下，在紫外光激光器照射下，要成型的部分液体固化在平台上，其余部分保持液体状态，然后将平台下移微小距离，刮平固化表面并涂上第二层液体，激光光源再对第二层实施加工，这种过程重复进行直至完成模型制造，最后完成取模、清理工作。

立体光造型技术可以顺利成型各种形状复杂零件，包括薄壁件、透明件、异形件以及传统方法不可能加工的各种零件。该技术具有制造精度高，生产零件强度和硬度好等特点。由于使用透明材料，模型可用于光弹应力分析和可视化研究，生产的模型柔性化好，可随意拆装，是间接制模的理想方法，缺点是清洗和养护等后处理工序较费时。如下图3所示。

图3 立体光造型（SLA）原理图

4.2.分层实体制造技术LOM(Laminated Object Manufacturing)工作时，先放置成型基底，工作台下降一层高度，送纸辊送纸，收纸辊同步回收废料，在工作台上铺一层簿型材料，热压辊筒加热后，碾压材料表面，使它与已成型层牢牢粘合在一起，再使用激光扫描，切割出当前层的轮廓，这样逐层加工，直到制件完成。激光扫描时，首先在材料表面切割出截面的轮廓线，然后在废料部分切割出X—Y方向交叉网格。生成网格的主要目的是为了方便废料的剥离。最后从连续的材料带上切下整个平面扫描部分，为下一层加工作好准备。激光扫描是分层实体制造中的关键工序，它直接影响着制件的成型精度。如下图4：

图4 LOM成型原理

4.3.选择性激光烧结SLS（Selecting Lazet Sintering）

择性激光烧结，是使用粉状固体材料（如：石蜡、聚碳酸脂、石英砂、合金粉等）进行加工的一种快速成型方法。它在储料缸中放入加工原料，在工作缸中完成原型加工。选择性激光烧结加工时，原料缸上升一个层厚，成型缸下降一个层厚，铺粉机构把粉料从原料缸快速铺向成型缸，然后，激光在工作台面上作选择性扫描，扫描过的部分连接成一个整体,没有扫描过的部分仍然保持粉状结构.截面完成后,再进行下一个工作周期,层层烧结形成制件。

图5 SLS成型原理图 4.4.熔丝沉积成型FDM(Fuse Deposition Modeling)在加热室下连接着制作喷头和支撑喷头。制作支撑时，支撑丝连续地送进，支撑喷头在基底或已成型层上逐线扫描，形成辅助支撑。

制件加工时，制件丝连续送进，制作喷头在已成型层上逐线扫描，制作丝送入喷头，在喷头中熔化，喷出，在已成型层上固化，形成制件的二维截面。每加工一层，工作台下降一次，新层添加在已加工层上，固化在一起。多次重复，就可以形成具有直接实用价值的塑料件。FDM成型原理

4.5.光面固化成形SGC（Solid Ground Curing）

SGC技术是由Cubital公司开发的，其原理有点像SLA技术，所不同的是SGC技术不是逐点成型，而是同时制造一层，因此也称为固化过程。其基本原理是：先在制造平台上撒一层液体感光树脂材料，然后利用类似复印机的静电过程在制造平台上方的透明玻璃板上打印出具有模型第一层形状的遮光膜。用紫外光源照射遮光膜，则光线只能穿过透明部分而选择固化这一层。接着，用真空吸除余下的液体树脂，而将这部分涂上蜡以支撑模型，这一层制好后，下降平台再制造第二层直至模型制成。模型制好后，要放入溶剂池中除蜡，该技术的特点是制造速度快，制件尺寸大，并可同时制造多件制品。

图6 SGC技术加工原理图

4.6.喷墨打印（Ink—Jet Printing）

喷墨打印指的是利用喷墨原理制造模型或零件的一类技术或设备。该技术的制造平台置于粉末材料中，喷墨打印头喷出熔结剂将第一层中模型实体部分和粉末熔结在一起，未熔结的粉末作为支撑，然后将平台下移，加入粉末，抹平，再制造第二层，制成后，零件烧结，然后从粉末中取出。

图7 喷墨打印技术原理图

年来，MIT（麻省理工学院）的研究人员对于3DP技术进行了更广泛和深入的研究，开发了用多种打印头的局部成份控制（Local Composition Control）技术，其原理如图所示。其过程和步骤类似其它喷墨打印技术，但它通过材料成份、性能分析程序结合造型CAD数据，复合生成LCC模型从而实现模型内部局部成份控制，不同的打印头控制不同的材料成份，使制成的零件或模型内部具有不同的成份和特性，如不同的折射系数、不同的导电率、不同的韧性和成形性能、不同的耐腐蚀性、不同的强度和硬度，以满足不同的要求。

图8 3DP的局部成份控制（LLC）技术 5.快速原型制造技术的特点

快速原型制造技术作为机械制造、激光、计算机、新材料和自动控制等技术综合应用的一项新的加工制造技术，是对传统制造方法的一项根本变革。与传统的制造技术相比，快速原型制造技术具有如下优点：

（1）减少制造成本，缩短制造周期。由于可以应用CAD数据直接制造原型、模具或零件，从而减少了生产准备和加工过程时间，同时也降低了生产成本。

（2）传统的模具、零件制造常常采用设计→试制→实验→修改设计→再制造这一过程，采用RP技术可进行前期实验，即在设计的同时进行性能实验，节约实验时间和费用。

（3）最新的RP技术与传统的有限元（FEM）相结合，根据几何设计和性能分析结果制造模具和零件。先进的3DP（Three Dimensional Printing)技术采用局部成份控制（LLC）原理，可控制RP制件内部的成份和各种性能。这些成就更扩大了RP技术的应用范围。

（4）RP技术可以生产任意几何形状包括空心、薄壁和具有复杂内部结构的零件或模型，尤其适合于生产批量较小而生产周期要求又短的制造领域。

6.快速原型制造技术的应用

一个新产品在开发过程中，总是要经过对初始设计的多次修改，才有可能真正推向市场。通常，产品到了经销商或客户的手中，很快就会有各种反馈的意见，认为这个产品如果能够再修改一下就会更好。于是厂家就会根据所搜集到的意见，对产品进行改型。“修改”，在制造业中，是个谈谈容易做起来难的事。哪怕是外观上的一点修改，往往就要重新制作模具。而模具的制作是一件非常费钱费时的事情，比如，一个制造普通电话机外壳的模具，就要花费好几万元才能做出来。更严重的是，当你在花钱制作新模具的时候，并不知道这一次是不是一定能够满意。万一再不满意，再花钱是小事，拖延了时间就可能意味着失去市场。虽然利用电脑的虚拟技术可以非常逼真地再屏幕上显示所设计的产品的外观，但是，视觉上再逼真，也无法与实物相比。只要想一想，单凭广告的精美图片，是没有多少人敢马上花钱去买一件贵重商品的，非要亲自到商场，亲手摸一摸，摆弄摆弄，才敢真的下决心。因此在市场上，眼见还不能为实，非要手摸才能为实。

买一件商品尚且如此，如果是商家成千上万地向厂家定货，就更不是单纯看看电脑屏幕就可以下决心的事了。

由于全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分剧烈，产品开发周期的长短直接影响到一个企业的生死存亡。因此，客观上需要一种可以直接地将设计数据快速地转化为三维实体的技术。这样，不但可以快速直观地验证设计的正确性，而且可以向客户、甚至仅仅是有意向的潜在客户提供未来产品的实体模型，从而达到迅速占领市场的目的。

快速原型技术（Rapid Prototyping，简称RP）就是在这样的社会背景下于1988年诞生于美国，迅速扩展到欧洲和日本，并于九十年代初期引进我国。

快速原型技术综合应用各种现代技术，直接快速地将电脑设计数据转化为实物，形象地说，快速原型技术实现了所谓“心想事成”的梦想。快速原型技术已广泛应用于快速概念模型制造（比如检验所设计的产品样子好看不好看、新潮不新潮）、快速测试模型制造（比如检验所设计的产品好用不好用、性能怎么样）、快速模具制造（直接制造模具）和快速功能零件制造（直接制造零件）等领域。

近年来，国内外众多高等院校、科研机构、设备制造单位和商用服务机构的研究人员对快速原型制造技术进行着不断的研究和完善，新技术不断涌现，新设备、新材料层出不穷，制造周期大大缩短，制品质量不断提高，应用范围不断扩大。其应用范围大致可以分为以下几类：

1、制造原型（Prototyping）

快速原型制造技术最初是为了交换信息和实验的目的用来制造原型。用三维实体模型比用二维图纸更容易观察和理解。例如一个结构复杂制件若用传统设计方法，几十张或更多的蓝图也无法确切地表述，但用一个三维实体模型便能轻易地表示出来。因此，快速原型大大改善和加快了设计信息的表达和交流。这种有效的信息表达和交流对于当今的同步工程时代尤为重要。当设计人员设计原型时，制造人员准备生产，而艺术部门则开始进行包装设计，这些工作均可以在设计结束前完成快速原型制造技术还可以大大简化原型的实验过程，用RP技术可以很方便地在设计阶段同时完成实验分析工作，新的应用研究包括用功能材料和耐用合成橡胶等制造透明模型、实验用模型，柔性化模型和耐用性模型等。

2、快速制模（Rapid Tooling）

快速原型制造技术用于快速制造模具具有更重要的意义。因为模具的几何形状复杂、尺寸精度要求高，硬度、耐磨性和表面粗糙度都有很高的要求。传统的模具制造方法是使用CNC机床，电火花机床或手工加工，既费时，成本又高。采用快速原型制造技术能大大缩短模具制造周期、大大节省费用。

快速原型制造技术用于模具制造可分为间接制模和直接制模。（1）间接制模—将RP生产的原型用于各种模型或模具制造过程，如：真空铸造过程，可将RP原型用于制造铸模砂型铸造过程，用LOM制造的原型可用于制造砂型RP原型用于制造各种注塑模具。（2）直接制模—用RP&M技术直接制造模具或模型，如：用STL技术直接由粉末金属燃结制成注塑模等各种模具。美国MIT（麻省理工学院）用3DP技术和LCC原理制造不同内部成分和性能的模具。美国代顿大学用陶瓷沉积材料和LOM技术制造各种模具。

3、快速制造

这是RP技术的一个主要应用方向，即直接应用CAD数据快速制造成品零件。近年来，由于金属材料和其它材料的普遍应用，RP技术用于生产成品件的应用越来越广泛。应用材料：聚脂材料、橡胶、陶瓷、金属和复合材料等。应用领域：航空航天、汽车工业、日用品、医疗器械、电器、摩托车、海军舰艇、机械工程、重型设备的零部件制造。

7.快速原型制造技术的发展趋势

快速原型制造技术的出现，改变了企业传统的设计制造模式，十几年来RP&M技术从研究、设计、工艺、设备直到应用都有了长足发展，尤其是近年来，研究范围不断扩大，新技术不断涌现，应用领域不断增多，其研究方向和发展趋势主要有以下几方面：

1、提高制造速度，减少制造周期

随着快速计算机、更复杂的控制系统和高性能材料的应用，RP技术将大大减少制造时间。新技术的应用如SGC（光面固化成型）和多打印头的3DP技术的应用均可大大提高制造速度。

2、提高制品精度和表面质量

改进激光光源系统及马达控制系统将有助于提高制品精度。材料的稳定性研究和新材料的应用也将有助于提高制品精度。各种表面处理技术的研究将有助于提高制品表面质量。

3、新材料的研究与应用

除了上述提到的聚脂材料、金属、陶瓷、复合材料以外，各种功能材料、坚固材料的研究和应用将有助于RP技术的发展与应用。

4、增加制造能力

近年来，RP&M技术的制件尺寸不断增大，如SGC5600机型，其制品最大体积可达500x350x500mm； 而采用FDM Maxum机型，其制品最大体积可达600x500x600mm.5、发展桌面系统、实现远程控制

随着RP技术集成化的研究的应用，设计和制造人员可用各种桌面系统直接控制制造过程，实现设计和制造过程统一协调的无人化。随着网络技术的发展的普及，用户和制造商可通过网络技术和RP技术实现远程制造。

第三篇：浅谈我国先进制造技术的发展及其应用

浅谈我国先进制造技术的发展及其应用

班级 机械制造与自动化3班

学号：201003620308

姓名：卢仁华 随着我国社会经济飞速发展，我国的制造业也将不断的发展，先进制造技术将会得到越来越广泛的应用。

先进制造技术是在传统制造的基础上，不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理技术等方面的成果，将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称，也是取得理想技术经济效益的制造技术的总称。

当前的金融危机也许还会催生新的先进制造制造技术，特别在生产管理技术方面。

先进制造技术不是一般单指加工过程的工艺方法，而是横跨多个学科、包含了从产品设计、加工制造、到产品销售、用户服务等整个产品生命周期全过程的所有相关技术，涉及到设计、工艺、加工自动化、管理以及特种加工等多个领域，并逐步融合与集成。随着社会的发展,人们对产品的要求也发生了很大变化,要求品种要多样、更新要快捷、质量要高档、使用要方便、价格要合理、外形要美观、自动化程度要高、售后服务要好、要满足人们越来越高的要求,就必须采用先进的机械制造技术。

先进制造技术的特点：1.先进制造技术是面向21世纪的技术、2.先进制造技术是面向工业应用的技术、3.先进制造技术是驾驭生产过程的系统工程、4.先进制造技术是面向全球竞争的技术、5.先进制造技术是市场竞争三要素的统一近年来，我国的制造业不断采用先进制造技术，但与工业发达国家相比，仍然存在一个阶段性的整体上的差距。1.管理方面

工业发达国家广泛采用计算机管理，重视组织和管理体制、生产模式的更新发展，推出了准时生产（JIT）、敏捷制造（AM）、精益生产（LP）、并行工程（CE）等新的管理思想和技术。我国只有少数大型企业局部采用了计算机辅助管理，多数小型企业仍处于经验管理阶段。2.设计方面

工业发达国家不断更新设计数据和准则，采用新的设计方法，广泛采用计算机辅助设计技术（CAD/CAM），大型企业开始无图纸的设计和生产。我国采用CAD/CAM技术的比例较低。3.制造工艺方面

工业发达国家较广泛的采用高精密加工、精细加工、微细加工、微型机械和微米/纳米技术、激光加工技术、电磁加工技术、超塑加工技术以及复合加工技术等新型加工方法。我国普及率不高，尚在开发、掌握之中。4.自动化技术方面

工业发达国家普遍采用数控机床、加工中心及柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS），实现了柔性自动化、知识智能化、集成化。我国尚处在单机自动化、刚性自动化阶段，柔性制造单元和系统仅在少数企业使用。

所以我国先进机械制造技术的发展趋势将要往一下几个方向发展： 1.全球化

一方面由于国际和国内市场上的竞争越来越激烈，例如在机械制造业中，国内外已有不少企业，甚至是知名度很高的企业，在这种无情的竞争中纷纷落败，有的倒闭，有的被兼并。不少暂时还在国内市场上占有份额的企业，不得不扩展新的市场；另一方面，网络通讯技术的快速发展推动了企业向着既竞争又合作的方向发展，这种发展进一步激化了国际间市场的竞争。这两个原因的相互作用，已成为全球化制造业发展的动力，全球化制造的第一个技术基础是网络化，网络通讯技术使制造的全球化得以实现。2.网络化

网络通讯技术的迅速发展和普及，给企业的生产和经营活动带来了革命性的变革。产品设计、物料选择、零件制造、市场开拓与产品销售都可以异地或跨越国界进行。此外，网络通讯技术的快速发展，加速技术信息的交流、加强产品开发的合作和经营管理的学习，推动了企业向着既竞争又合作的方向发展。3.虚拟化

制造过程中的虚拟技术是指面向产品生产过程的模拟和检验。检验产品的可加工性、加工方法和工艺的合理性，以优化产品的制造工艺、保证产品质量、生产周期和最低成本为目标，进行生产过程计划、组织管理、车间调度、供应链及物流设计的建模和仿真。虚拟化的核心是计算机仿真，通过仿真软件来模拟真实系统，以保证产品设计和产品工艺的合理性，保证产品制造的成功和生产周期，1 发现设计、生产中不可避免的缺陷和错误。4.自动化

自动化是一个动态概念，目前它的研究主要表现在制造系统中的集成技术和系统技术、人机一体化制造系统、制造单元技术、制造过程的计划和调度、柔性制造技术和适应现化生产模式的制造环境等方面。制造自动化技术的发展趋势是制造全球化、制造敏捷化、制造网络化、制造虚拟化、制造智能化和制造绿色化。5.绿色化

绿色制造则通过绿色生产过程、绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理等生产出绿色产品，产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用。采用绿色制造能最大限度地减少制造对环境的负面影响，同时使原材料和能源的利用效率达到最高。

制造技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志,也是国际间科技竞争的重点。我国正处于经济发展的关键时期,制造技术是我们的薄弱环节。只有跟上发展先进制造技术的世界潮流,将其放在战略优先地位,并以足够的力度予以实施,才能尽快缩小与发达国家的差距,才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。总之,在我国研究和发展先进制造技术势在必行。

第四篇：先进制造技术及其发展

先进制造技术及其发展

Xxxx

（xx大学 xx学院 江苏xx xxxxx）

摘 要：对先进制造技术的起源、内涵进行了介绍。概述了先进制造技术(AMT)的体系结构和分类。提出先进制造技术向集成化、柔性化、网络化、信息化、虚拟化、智能化、绿色化、制造全球化等方向的发展趋势。[1]

关键词: 先进制造技术 ；AMT；关键技术；发展；体系结构

Advanced Manufacturing Technology and It's

Development Trend Abstract: Introduces the origin, connotation of advanced manufacturing technology.Briefly introduced the structure system, the classification,and the characteristic of Advanced.The paper predicts the tendency of AMT, which is developing toward the characteristics of integrated, flexible, latticing, informational, virtual, intelligent, green and global manufacturing.Key words: Advanced manufacturing technology;AMT;key technology;development;system structure 0 引言

先进制造技术AMT(Advanced Manufacturing Technology)是集机械，电子，信息，材料，能源和管理等各项先进技术而发展起来的高新技术，它是发展国民经济的重要基础技术之一。先进制造技术是制造业为提高竞争力以适应时代的要求而形成的一个高新技术群，经过发展，已形成了完整的体系结构。先进制造技术是当今生产力的主要构成因素，是国民经济的重要支柱。它担负着为国民经济各部门和科学技术的各个学科提供装备、工具和检测仪器的重要任务，成为国民经济和科学技术赖以生存和发展的重要手段。尤其是一些尖端科技，如航空、航天、微电子、光电子、激光、分子生物学和核能等等技术的出现和发展，如果没有先进制造技术作为基础，是不可能实现的。自20世纪80年代末，国际上提出先进制造技术(AMT)的概念以来，以CAD／CAM技术、快速原型制造技术、柔性制造系统技术、计算机集成制造系统技术、虚拟制造、绿色制造、敏捷制造等为代表的一系列AMT在诸多国家和地区得到迅速的发展和广泛的应用，逐步实现了柔性化、自动化、敏捷化与虚拟化。进入21世纪后，以计算机技术、网络技术和通信技术等为代表的信息技术、生物技术及新材料技术，被应用于制造业的各个领域，使制造技术发生质的飞跃，制造生产模式发生了重大的改变。[2] 1 先进制造技术的起源

“先进制造技术”一词源于美国。二战结束之前的制造技术，可以统称为传统的制造技术，美国制造业在第二次世界大战以后，在当时的国际环境背景下得到了空前的发展，并形成了一支强大的研究开发力量，强调基础科学研究的重要性，忽视制造技术的发展。至20 世纪70 年代，随着日、德经济的恢复，美国制造业遇到了强有力的挑战，汽车业等行业的霸主地位，遇到了强有力的冲击，出口产品的竞争力大大落后于日、德，美国经济滞胀，发展缓慢。而日本在过去几十年内不断主动地采用制造新技术，已使其成为制造业公认的世界领袖。在此背景下，美国反思了制造技术同国民经济、技术与国力的至关重要的相互依赖关系，强调了制造技术的重要性，明确了社会经济目标的关键是技术的重要性，制定了国家关键技术计划，并对其技术政策作了重大调整。[3]与此同时，以计算机为中心的新一代信息技术的发展，也全面推动了制造技术的飞跃发展。由于经济和增强国防的需要，在剧烈的市场竞争的刺激下，各个国家和地区纷纷将传统的制造技术与新发展起来的科技成就相结合，先进制造技术的概念逐步形成并发展。先进制造技术的内涵及特点

先进制造技术是传统制造业不断地吸收机械、信息、材料及现代管理技术等方面最新的成果，并将其综合应用于产品开发与设计、制造、检测、管理及售后服务的制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷制造，并取得理想技术经济效果的前沿制造技术的总称。从本质上可以说，先进制造技术是传统制造技术、信息技术、自动化技术和现代管理技术等的有机融合与传统的制造技术比较起来，当代先进的制造技术以其高效率、高质量和对于市场变化的快速响应能力为主要特征。它贯穿了从产品设计、加工制造到产品销售及使用维修等全过程，成为“市场———产品设计———制造———市场”的大系统。而传统制造工程一般单指加工过程。[4]先进制造技术充分应用计算机技术、传感技术、自动化技术、新材料技术、管理技术等的最新成果，各专业、学科间不断交叉、融合，其界限逐渐淡化甚至消失。它是技术、组织与管理的有机集成，特别重视制造过程组织和管理体制的简化及合理化。先进制造技术又可看作是硬件、软件、人和支持网络（技术的与社会的）综合与统一。先进制造技术并不追求高度自动化或计算机化，而是通过强调以人为中心，实现自主和自律的统一，最大限度地发挥人的积极性、创造性和相互协调性。先进制造技术高度开放、具有高度自组织能力的系统，通过大力协作，充分、合理地利用全球资源，不断生产出最具竞争力的产品。

先进制造技术的目的在于能够以最低的成本、最快的速度提供用户所希望的产品，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，并取得理想的技术经济效果。[5] 先进制造技术体系结构

对先进制造技术的体系结构认识很不统一。机械科学研究院（AMST）提出的先进制造技术由多层次技术群构成的体系图，强调了先进制造技术从基础制造技术、新型制造单元技术到先进制造集成技术的发展过程，也表明了在新型产业及市场需求的带动之下，在各种高新技术（如能源技术、材料技术、微电子技术和计算机技术以及系统工程和管理科学）的推动下先进制造技术的发展过程。先进制造技术是制造业为了提高竞争力以适应时代要求，对制造技术不断优化及推陈出新而形成的高新技术群。在不同的国家、不同的发展阶段，先进制造技术有不同的内容及组成。我国目前属于先进制造技术范畴的技术是一个三层次的技术群。见图 1。[6]

图1 AMST提出的先进制造体系结构

第一个层次是优质、高效、低耗、清洁基础制造技术。铸造、锻压、焊接、热处理、表面保护、机械加工等基础工艺至今仍是生产中大量采用、经济适用的技术，这些基础工艺经过优化而形成的优质、高效、低耗、清洁基础制造技术是先进制造技术的核心及重要组成部分。这些基础技术主要有精密下料、精密塑性成形、精密铸造、精密加工、精密测量、毛坯强韧化、精密热处理、优质高效连接技术、功能性防护涂层及各种与设计有关的基础技术、各种现代管理技术。[7]

第二个层次是新型的制造单元技术。这是在市场需求及新兴产业的带动下，制造技术与电子、信息、新材料、新能源、环境科学、系统工程、现代管理等高新技术结合而形成的崭新制造技术，如制造业自动化单元技术、极限加工技术、质量与可靠性技术、系统管理技术、CAD／CAM、清洁生产技术、新材料成形加工技术、激光与高密度能源加工技术、工艺模拟及工艺设计优化技术等。[8]

第三个层次是先进制造集成技术。这是应用信息技术和系统管理技术，通过网络与数据库对上述两个层次的技术集成而形成的，如 FMS、CIMS、IMS以及虚拟制造技术等。以上三层次都是先进制造技术的组成部分，但其中每一个层次都不等于先进制造技术的全部。[9] 先进制造技术的发展

进入21世纪以来，我国先进制造技术借鉴了国外先进经验，得到了迅速发展，并且形成了自己的方向与目标，具体如下所述：

(1)信息化。信息化是先进制造技术发展的生长点，信息技术正在以人们难以想象的速度高速发展，同时促进了先进制造的大发展。

(2)精密化。现代高新技术产品需要高精度的制造，社会的发展对机械产品的质量提出了越来越高的要求。这决定了发展精密加工、超精密加工技术是机械制造末来的一个重点。

(3)集成化。现代制造业的方向并不只是计算机的集成，信息的集成，而是人、技术、组织的整体集成，包括功能集成、组织集成、信息集成、过程集成、知识集成和企业间的集成。

(4)柔性化。柔性化不仅是指企业的制造技术柔性化，还包括生产方式柔性化和管理模式的柔性化。

(5)动态化。由于先进制造技术本身是针对一定的应用目标、不断吸收各种高新技术逐渐形成、不断发展的新技术，因而其内涵不是绝对的和一成不变的。

(6)虚拟化。虚拟化是指在计算机内对产品、工艺和整个企业的性能进行仿真、建模和分析，在虚拟制造环境中生成软产品原型，代替传统的硬样品进行试验，对其性能和可制造性进行预测和评价，从而缩短产品的设计与制造周期，降低产品的开发成本，提高对市场变化的响应能力。

(7)智能化。智能制造是指综合利用各个学科、各种先进技术和方法，解决和处理制造系统中的各种问题。系统能领会设计人员的意图，能够检测失误，回答问题，提出建议方案等。

(8)绿色化。绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源利用的一种现代制造模式。

(9)快速化。快速化是指对市场的快速响应，对生产的快速重组。它要求生产模式有高度的柔性与高度敏捷性。快速化能强有力地推动着制造技术的进步与发展，它是先进制造技术发展的“动力”。

(10)全球化。先进制造技术的竞争正在导致制造业在全球范围内的重组，新的制造模式不断出现，更加强调实现优质、高效、清洁、灵活的生产。[10] 5 结束语

在市场全球化，竞争全球化的今天，消费者对产品的性能和质量要求更为挑剔、更具多样性，产品的寿命周期更短。在要求对市场需求做出快速响应的背景下，先进制造应运而生是有其客观基础的。先进制造技术是在新的市场环境下，增强企业市场竞争力、促进国家经济繁荣、提高国家综合实力的手段。

参考文献：

[1] 盛晓敏,邓朝晖.先进制造技术[M].北京:机械工业出版社,2010.[2] 金杰,张安阳.快速成型技术及其应用[J].浙江工业大学学报，2009,33(5):592～595.[3] 杨叔子.先进制造技术发展与展望[J].机械制造与自动化.2008(2)[4] 李敏贤.面向21世纪的先进制造技术[J].机械工业自动化,2009(4).[5] 李亨昭,邱敬之.先进制造技术的发展趋势与战略设想[J].电子机械工程,2010（4).[6] 孙大涌.先进制造技术[M].北京:机械工业出版社,2010.[7] 马晓春.我国现代机械制造技术的发展趋势[J].森林工程,2009(3).[8] 王世敬,温筠.现代机械制造技术及其发展趋势[J].石油机械.2009,(11).[9] 武永利.机械制造技术新发展及其在我国的研究和应用[J].机械制造与自动化,2008,(1).[10] Duffie N.Trends in Green Manufacting[J].CASA/SME Technology Trends,2009(12).

第五篇：快速成型与快速模具制造技术及其应用考试重点总结

1.1 1988年，3Dsystems公司将SLA-250光固化设备系统运送给三个用户，标志着快速成型设备的商业化正式开始。

1.3 快速成型技术的特点：1自由成型制造2制造过程快速3添加式和数字化驱动成型方式4技术高度集成5突出的经济效益6广泛的应用领域

1.4 快速成型技术的优越性：1设计者受益2制造者受益3推销者受益4用户受益

2.1 快速成型工艺基本原理：基于离散堆积原理的累加式成型，从成型原理上提出了一种全新的思维模式，即将计算机上设计的零件三维模型，表面三角化处理，存储成STL文件格式，对其进行分层处理，得到各层截面的二维轮廓信息，按照这些轮廓信息自动生成加工路径，在控制系统的控制下，选择性的固化或烧结或切割一层层的成型材料，形成各个截面轮廓薄片，并逐步顺序叠加成三维实体，然后进行实体的后处理，形成原型。快速成型：1液态（SLA FDM）2粉末粒子(SLS)3薄层材料（LOM）

2.2.1 光固化成型工艺的基本原理及过程：

光固化成型工艺的特点：优点：1成型过程自动化程度提高2尺寸精度高3优良的表面质量4可以制造结构十分复杂，尺寸比较精细的模型5可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型6制作的原型可以再一定程度上替代塑件

缺点:成型过程中伴随着物理和化学变化，制件易弯曲，需要支撑2液态树脂固化后的性能尚不如常用的工业塑料3设备运转及维护成本较高4使用的材料种类较少5液态树脂有一定的气味和毒性，而且要避光保护6光固化后的原型树脂并未完全被激光固化，为提高使用性能和尺寸稳定性，通常需要二次固化。2.2.2 光固化成型的工艺过程 前处理：1 CAD三维造型2数据转换3确定摆放方位4施加支撑5切片分层 2原型制作

3后处理

2.2.4 光固化成型的支撑结构

必须设计一些细圆柱状或肋状支撑结构，以便确保制件的每一结构部分都能可靠固定，同时也有助于减少制件的翘曲变形。

2.2.5 光固化成型的收缩变形：1树脂收缩原因2零件成型过程中树脂收缩产生的变形3零件后固化收缩产生的变形 光固化成型误差分析：

影响制作时间的因素

t=Σtci+Ntp

2.3 叠层实体制造工艺的基本原理和特点 工艺过程 误差分析

表面涂覆的具体工艺过程：1将剥离后的原型表面用砂纸轻轻打磨2按规定比例配备环氧树脂3在原型上涂刷一薄层混合后的材料，因材料的粘度较低，材料会很容易侵入原型中4再次涂覆同样的混合后的环氧树脂材料，以填充表面的沟痕并长时间固化5对表面已经涂覆了坚硬的环氧树脂材料的原型再次用砂纸进行打磨，打磨之前和过程中注意测量原型的尺寸，以确保尺寸在公差之内。6对原型表面进行抛光。

2.3.6 叠层实体快速原型的应用 1汽车车灯2铸铁手柄3LOM原型在制鞋业的应用 2.4.1 选择性激光烧结工艺的基本原理

2.4.2 选择性激光烧结工艺的特点:优点：1可采用多种材料2制造工艺比较简单3高精度4无需支撑结构5材料利用率高

缺点：1表面粗糙2烧结过程挥发异味3有时需要比较复杂的辅助工艺

2.4.4 高分子粉末烧结件的后处理：1收缩精度的影响2力学性能的影响 2.4.6 选择性激光烧结工艺的应用：1直接制作快速模具2复杂金属零件的快速无模具铸造3内燃机进气管模型

2.5.1 熔融沉积成型工艺的基本原理：

2.5.2 熔融沉积成型工艺的特点：优点1系统构造原理和操作简单，维护成本低，系统运行安全2使用无毒的原材料3用蜡成型的零件原型，可以直接用于失蜡铸造4可以成型任意复杂的零件5原材料在成型中无化学变化，制件的翘曲变形小6原材料利用率高，寿命长7支撑去除简单，无需化学清洗，分离容易8可直接制作彩色原型

缺点：1成型表面有比较明显的条纹2沿成型轴垂直的方向强度较弱3需要设计支撑结构4需要对整个截面进行涂覆，成型时间长5原材料价格昂贵

2.5.3 熔融沉积工艺成型影响因素1材料性能的影响（热收缩）2喷头温度和成型室温度的影响...2.6.1 三位喷涂粘接工艺的原理

2.7 快速成型技术发展方向：1金属零件的直接快速成型2概念创新与工艺改进3数据优化处理及分层方式的演变4快速成型设备的专用化和大型化5开发性能优越的成型材料6成型材料系列化，标准化7喷射成型技术的广泛应用8梯度功能材料的应用9组织工程材料快速成型10开发新的成型能源11拓展新的应用领域12集成化 3.2.1 光固化快速成型制造设备 3.2.5 三维喷涂粘接设备

4.1 CAD三维模型的构建方法 1概念设计，根据产品的要求或直接根据CAD软件平台上设计产品三维模型

2反求工程 在仿制产品时用扫描机对已有的产品实体进行扫描，得到三维模型

反求的主要方法有三坐标测量法，投影光栅法，激光三角形法，核磁共振和CT法一级自动断层扫描法。常用的扫描机有传统的坐标测量机，激光扫描机，零件断层扫描机，以及CT和MRI。

4.2.1 STL文件的格式

二进制和文本文件ASCII两种格式。

ASCII是二进制的六倍内存。二进制文件采用IEEE类型整数和浮动型小数。文件用84字节的头文件和50字节的后述文件来描述一个三角形。

4.2.3 STL文件的基本规则 1取向规则2点点规则3取值规则4合法实体规则 常见的STL文件错误：1遗漏2退化面3模型错误

4.3.1 切片方法 1 STL切片（1直接STL切片2容错切片3定层厚切片）2直接切片

4.4 Magics RP软件是比利时Materialise公司推出的面向快速成型技术数据处理的大型STL数据编辑处理平台。

Magics软件施加支撑及切片过程：1STL文件载入2STL文件纠错3模型摆放4自动施加支撑5人工修改支撑6切片处理

5.2.1 硅橡胶模具的特点：良好的仿真性，强度和极低的收缩率

工艺流程：1原型表面处理2制作型框和固定型框3硅橡胶计量，混合并真空脱泡4硅橡胶浇注及固化5拆除型框，刀剖并取出原型。5.2.3 硅橡胶模具制作的若干问题

4.2.5 采用硅橡胶模具进行树脂材料真空注型的工艺流程：1清理硅橡胶，预热模具2喷洒离型剂，组合硅胶模具3计量树脂4脱泡混合，真空注型5温室硬化，去出原型6原型后处理

5.3.1 电弧喷涂是将两根待喷涂金属丝作为自耗性电极，利用两根金属丝端部短路产生的电弧使丝材熔化，用压缩空气把已融化的金属雾化成微滴，并使其加速，以很高的速度沉积到基体表面形成涂层。电弧喷涂制模的工序：1模型准备2在模型上喷涂金属3制作模具框架4浇注模具的填充材料5脱模，后序加工处理

电弧喷涂模具结构

合理利用各种性能材料，从外到内，材料呈梯度分布。表面防护剂一般选用聚乙烯醇。6.1.1 Keltool法的工艺过程：用快速成型机制作模具型腔 以模具型腔为母模制作硅橡胶模具 向硅橡胶模具浇注混有树脂粘结剂的金属粉浆 粉浆固化后从硅胶模具中取出模具型腔坯 低温烧结模具型腔坯烧除树脂粘结剂 高温烧结模具型腔坯并渗铜 模具型腔表面抛光 加入浇注系统和冷却系统 模具型腔与模架安装

6.3.2 德国快速成型设备开发商EOS公司开发的SLS设备 6.5.1 设置共形冷却道

6.6.4 直接金属三位打印制模技术

7.2 快速成型制造技术在产品设计中的应用：1概念模型可视化2涉及评价3装配校核4性能和功能测试

7.4.1熔模铸造过程 1浇注法制作熔模制造的消失型-蜡型2将蜡质的标准浇注系统和蜡型组装3将组装后的蜡型与浇注系统浸入到陶瓷浆中，反复挂砂和干燥形成硬壳4想硬型壳中通入热水或蒸汽，使蜡型熔化并排出，得到空型壳5硬型壳高温焙烧，进一步除去残留的蜡，得到可进行浇注融化后金属的高强度陶瓷硬型壳6将陶瓷硬型壳预热到一定温度后，注入熔化金属7冷却后，除去陶瓷壳，得到工件和浇注系统，再除去浇注系统，得到金属制件。8.2 系统软硬件资源1造型软件2结构分析软件3工艺仿真软件4反求系统与数据拟合软件5快速成型设备6快速模具制造设备7计算机工作站