數控機床（chuáng）與（yǔ） 3D 打印一體化製造技術（shù）分析-特種加工機床網-數控機床市場網

您現在的位（wèi）置：特種加工機床網> 技術前沿> 數控機床（chuáng）與 3D 打印一體化製造技術分析

數控機床與 3D 打印一體化製造技術分析

2021-2-19 來（lái）源：河南工業貿易職業學院（yuàn）作者：黨霞

摘要：數控機床技術和 3D 打印技術作為兩種不同（tóng）的加（jiā）工方式，在加工生產中都有各自的優缺點。為了滿足高端製造的需求，可將 3D 打印的增（zēng）材製造技術與數控機床（chuáng）的減材製造技術相結合，充（chōng）分發揮兩種製（zhì）造技術的（de）優勢。文章首先闡（chǎn）述了數控機床加工與 3D打印（yìn）一體化製造（zào）技術結合（hé）應用的優勢，然後對數控機床與 3D 打印一體（tǐ）化（huà）製造技術進行分（fèn）析，為促（cù）進我國工業生產（chǎn）水（shuǐ）平的進（jìn）一步提升奠定良好的基礎。

關（guān）鍵詞：數控機床；3D 打印；一體化製造；集成製造

0 引言

隨著我國工業生產水平的提高，對（duì）零件加工的技（jì）術水平（píng）提出了更（gèng）高的要求。數控機床作為典型的機電一體（tǐ）化加工設備，在促進我國工業生產的發展中發揮了重要的作用。沒有任何一種加工方式是完美的，數控機（jī）床為減材製造方式，所以在加工過程中會產生大量的碎屑垃圾，不僅（jǐn）造成資源的浪費，而且會對環境造成一定的汙染。而3D 打印技（jì）術的出現（xiàn），是對傳（chuán）統加（jiā）工形式（shì）的一種創新，其融合了計算機輔助設計（jì）、材料（liào）加工與成形技術，以數字模（mó）型文件為基礎，利用軟件與數控係統將專用（yòng）材料（liào）以特有的方式進（jìn）行逐層堆積，最終製造出（chū）實（shí）體物品，稱為（wéi）增材製造。數（shù）控加工技術和 3D 打印技術在（zài）加工方式上完全（quán）相反，為了最（zuì）大化的發（fā）揮兩種加工方式的優勢，可以將兩種加工方式結合應用，不僅能夠降低製造時間（jiān）和成本，還能夠提高產品的製造（zào）質量，進（jìn）一（yī）步提升我國加工製造業的水平。

1、數控機床與 3D 打印分析（xī）

1.1 數控機床與（yǔ） 3D 打印概念

數控機床是典（diǎn）型的機電一體化生產設備，在促進我國零件加工的自（zì）動化生產中發揮了重要作用（yòng）。數控機床主要是按照（zhào）加工需（xū）求將加（jiā）工工（gōng）藝進（jìn）行編程處理，然後將程序輸入到控製中心，通過控製（zhì）中心控製機械設備（bèi）執行操作。數控機床（chuáng）在加工方式上講屬於減材製造，通（tōng）過對原材料的切削等（děng）處理（lǐ），最終得到想（xiǎng）要的產（chǎn）品。數控機（jī）床在（zài）加（jiā）工過程（chéng）中，利用傳（chuán）感器等設備（bèi）能（néng）夠對整個加工（gōng）過程（chéng）進行監控，以及時調整（zhěng）機械設備的運行軌跡，確保零件加（jiā）工的精準度和（hé）可靠性。數控（kòng）係統（tǒng）具有靈（líng）活性和通用性的特（tè）點，且加工精度（dù）較高，在航天航（háng）空（kōng）等精密零件加工中應用也較為廣泛。

3D 打印技術改變了（le）傳統的加工製造（zào）方式（shì），其（qí）采（cǎi）用的增材製造技術能（néng）夠完（wán）成很多（duō）結構複雜的零件（jiàn）加工。首先利用計算機軟件將三維實體模型按照一定的厚度進行切片分層，然後（hòu）將（jiāng）零件的 3D 形狀信息轉換成二維圖形信息（xī），再根據加工（gōng）要求將每組二維圖形按照一定的（de）順序填充路（lù）徑（jìng）。在實際市場的過程中，會將這（zhè）些路徑信息導入到（dào）打印機控製係統中，打印機即可按照填充路徑將填充材料熔化堆積，在每層達（dá）到一定的（de）填（tián）充厚度後再進行下一層（céng）的填充，最終形成三維實體工件。3D 打印技術實質上就是將打印材料一層層的疊加起來的，所以能夠完成難度較（jiào）大的（de）零件加工。隨著這項技術的發展（zhǎn），可（kě）利用的材料（liào）種類越來越多，應用領域也越來越廣（guǎng）泛，對促（cù）進我國工業生產的發展起到了重要的推動作用。

1.2 數控機床與 3D 打印的特點（diǎn）

我國工業（yè）生產中（zhōng）的製造方式經曆了等（děng）材製造、減材製造和增材製（zhì）造三個階段，每個階段（duàn）都是一種技術上的創（chuàng）新和改革。等材製造主要是指在加工前後材料的重量（liàng）基本不變，比如（rú）鑄造、鍛造、焊接等生產方式。減材製造（zào）是（shì）指通過對材料進行切削加工（gōng），最終達到設計形狀的加工方式，比如使用車、銑、刨、磨等設備（bèi）對材料進行切削（xuē）加工。增材製造主要是指通過光固（gù）化、選（xuǎn）擇（zé）性激光燒結、熔融堆積等技術，以逐漸增（zēng）加原料的形式加工（gōng）成設計形狀（zhuàng），比如 3D 打印技術。這一（yī）係列（liè）過程（chéng）的（de）變遷，充分的展現了（le）我國工業加工技術的發展，不僅是生產加工理念（niàn）和模式的轉變，同（tóng）時也大幅降低了加工成（chéng）本和時間，降低了能源消耗，提高了生產效（xiào）率。

數控機（jī）床加工形式為減材製造，在加工過程中利用刀具、夾具等對原材（cái）料進行切削，去掉多餘的部（bù）分，最終製造成（chéng）設計的形狀。因數控機床的自動化（huà）和智能化（huà）程度較（jiào）高，所以對加工（gōng）對象有（yǒu）較強的適應性，不僅（jǐn）能（néng）夠批量生產，而且適（shì）用於單件或小批量（liàng）產品的加工。在加工（gōng）不同種類（lèi）的零件時，不需要調整機床，隻需要更換加工程序即可，在控製麵板中輸入相應的（de）程序（xù）即可按照（zhào）相應的工序進行操作，有（yǒu）效縮短（duǎn）了生產周期，減少（shǎo）了更換裝備的時間。數控機床是以（yǐ）數字信號的形（xíng）式進行生產控（kòng）製，在加工過程中還（hái）能（néng）夠對構件之間的（de）誤差進行（háng）補償，從而提高加工精度，能夠實現穩定的（de）加工質量（liàng）。數控機床的自動化生產方式有效的提高了生產效率，在進（jìn）行相應的工藝改進後（hòu），能夠在一台機床上（shàng）進行（háng）多道工序的連續加工（gōng），減少了工序轉換的時間。由於數控機床是按照設計好的程序進行加（jiā）工，在輸入程序後啟動，機床就能夠自動連續加工，所以大大降低了操作人員的（de）勞動強度。但是對操（cāo）作人員的技術水平有了更高的要求，操作人員應該熟練（liàn）掌握程序的輸（shū）入（rù）、編輯、零件裝卸、刀具準備、加（jiā）工狀態的觀測以及零件的檢驗等工作，才能夠確保機床加工的高效運（yùn）行。

3D 打印技術為增材製造形式，這種加工方式成形（xíng）速度快，成本便宜，操作簡單，所以在（zài）我國現代生產（chǎn）中應用較為普遍。與傳統（tǒng）的減材製造技術相比，3D 打印技術脫離了刀具（jù）、夾具等配套（tào）工具的使用，能夠實（shí）現多種類（lèi）型加工製造，並（bìng）且能夠在每種加工程序之間自由（yóu）轉換，在生不同零件時，隻需要調用不同的文件即可。在產品研究周期（qī）上相對較短，隻需要（yào）利用計算機軟件進行（háng）零件設計，然後即可投入使用，尤其是對於新品的研發試產具有重要意義，可大大減少減（jiǎn）材製（zhì）造的工序。產品製造的數字化、智能化程度較高，零件設計、建模、分層、工藝設計、生成路徑、導入控製係統、製造加工一係列的工作程序都可以在計（jì）算機中操作，效率較高。在實際生產過程中，因為（wéi）快（kuài）速熔化和凝結（jié）使得加工完的零件在組織（zhī）上（shàng）更加緊密（mì）均勻，不會出現傳（chuán）統製造中的組織缺陷，提高了材料的強度、塑性和耐腐蝕性。因為特殊的加工方（fāng）式，可以實現任意（yì）方式和結構的組合，尤其適用於內部結構較為複雜的零（líng）件加工。

2 、數控機床與 3D 打印一體化製造技術

2.1 數控機床與 3D 打印一體化製造的必（bì）要性

因為數控機（jī）床加工和 3D 打印技術都有各自的優缺點，為了滿足我國工業生產的需求，可以將兩種技術結合應用，充分發揮二者的優勢，彌補彼此的缺點，從而達到優勢互補的目的，最終（zhōng）提高零件的加工效（xiào）率和加工質量。將數控機床（chuáng）與 3D 打印技術結合可形成複合機床，在一（yī）台機床上就能夠實現（xiàn）兩種技術的應用。在複合機床（chuáng）中，可（kě）以（yǐ）將數控加工中削減的材料經過一定的處理（lǐ）後用於 3D打（dǎ）印的原材料，同時經過 3D 打印後的零（líng）件又可（kě）以利用數控技術進行（háng）精度和表麵光滑度的處理，有效的避免了兩種（zhǒng）技術的局（jú）限性。數控機床（chuáng）與 3D 打印的一（yī）體化製造技術是對傳統加工方式的一種顛覆，將“加法”與“減法”結合使用，其所創造的價值要遠遠大於兩種技術的簡單疊加。將兩種技術結合後的複合機床可大大（dà）的減（jiǎn）少材料的浪費，可以實（shí）現材料的循環利（lì）用，在工廠內部或者生產過程中就能夠實現物料的循環，提高資源的利用率，降（jiàng）低對環境的汙染。複合（hé）機床的操作更加簡便，操作人員隻需要在一個工作站（zhàn）就能夠處理（lǐ）整個（gè）加工流（liú）程，簡化了工序。因為在複合機床中可以（yǐ）實現兩種技術操作，所以總體投資要比購買兩（liǎng）台設備低很多。可以生產的零件在總體上具有更高的性價比，不僅成本有所降低，且零件的性能（néng）會有所增（zēng）強。

2.2 數（shù）控機床與 3D 打印一體（tǐ）化製造的應用

數控機床與 3D 打印的一體化製造技術是滿足製造業高端（duān）製造要求的必然產物，將兩種技術的融合應用而研發的複合機床，能夠進一步提高企業的市場競爭力（lì），為複雜零件製造與維修提供良好的解決方案。現階段，世界上已經有部分國家研發出了複合機床，並且（qiě）在（zài）實際應（yīng）用中取得了良好的效果。比如（rú）馬紮克公司研發的一款複合機床為客戶提（tí）供了一種與傳統零件設計、加工方式完全不同的技術，適用於加（jiā）工小批量（liàng）、難加工材料（liào）的產（chǎn）品，比如在航空航天領域的耐熱合金零部件、能源領域（yù）高硬（yìng）度材料工具和零（líng）部件、醫（yī）療設備領（lǐng）域高（gāo）精度（dù）特種合金零部件，這些都是工業（yè）生產中對零（líng）部件加（jiā）工（gōng）有較高要求的行業，複合機床在這方麵（miàn）的製造技術可有效滿足（zú）製造要求。在這款機床中（zhōng）可以提供高速或高精度兩種熔覆頭，在主軸上安（ān）裝的（de）熔覆頭可以自動切換。在實際（jì）應用中，用戶可以根據加工零件的形狀、加工條件以及（jí）金（jīn）屬（shǔ）粉末的材料（liào）來決定使用哪種熔覆頭。這款機床（chuáng）可以進（jìn）行全麵的五軸車銑複合加工，B 軸擺動幅度較大，對於（yú）多棱體鍛件或鑄件、回轉體（tǐ）零件以及（jí）結構（gòu）比較複雜的異形件，都能夠輕鬆實現。這種（zhǒng）複合機床的應用，既減（jiǎn）少了數控加工中對材料的浪費（fèi）以及難以完成複雜零件的加（jiā）工，同時又改善了 3D打印表（biǎo）麵（miàn）平滑度的（de）問題，尤其適（shì）用（yòng）於對加工要求較高的（de）工（gōng）業領（lǐng）域。

2.3 複合（hé）機床發展麵臨的挑戰

將數控機床與 3D 打印進行一體化（huà）製造的複合（hé）機床，雖然優點較多，但同（tóng）時也存在一定的缺陷。在數控機床加工中（zhōng）需（xū）要使用切削液，而在（zài）加工（gōng）過程中殘留（liú）的切削液如果與 3D 打印使用的顆粒混合後，可能會對激光束的吸收率和（hé）襯底內填充材料的稀釋產生一定的影響。而在 3D 打（dǎ）印過（guò）程中使用材料中的粉末可能會（huì）對機床的（de）導向係統產（chǎn）生一定的磨損，所以要做好相（xiàng）應的防範措施。在熱處（chù）理過程中，添加的材料如果（guǒ）受到加熱和冷卻熱循環的影響，在材料中可能產生殘餘應力，而這部分殘餘應（yīng）力如果在（zài）後續加工（gōng）中釋放出來，就會對零件幾何形狀的精度產（chǎn）生一定的影響。這些都是一體化製造過程中可能麵臨的問題（tí），所以還需要根據實際生產狀況不斷的改進生產工藝，降低兩種技術之間相互的影響，最終提高（gāo）生產效率（lǜ）和質量。

3、結語

數控機床與 3D 打印的一體化製造技術，實（shí）質上就是增材製造與減材製造的（de）結合應用，兩種技（jì）術的結合應（yīng）用可充分發揮二者的優點，克服各自（zì）在生產中（zhōng）的（de）缺點，實現資源的高效利用，縮（suō）短生（shēng）產時（shí）間，提（tí）高生產效率。這種製造技術的應用對於我國麵臨資源緊張、環境汙染的形勢具有重要的意義，對於我國進行工業生產的轉型（xíng）升級具有一定的（de）推（tuī）動作用。一體化製造技術需要在（zài）複合機床中實施，在實際執行的過程中還會麵臨很多的挑戰（zhàn），但是（shì）通過研發人（rén）員（yuán）的努力，一體化製造技術會越來越成熟，也為我國（guó）加工製造業的進一步（bù）發展開辟了新（xīn）的道路，也為我國向工（gōng）業強國發展創造有利的條件。

投稿箱（xiāng）：
如（rú）果（guǒ）您有（yǒu）機床行（háng）業、企業相關新聞稿件發表，或（huò）進行資訊合作，歡迎聯係本網（wǎng）編輯部，郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關（guān）信息

名企推薦

業界視點

| 更多

行業（yè）數據

| 更多

博（bó）文選萃（cuì）

| 更多