基于3D打印技術(shù)的模具修復(fù)技術(shù)探討【上】
/ 2021/6/5 11:41:29
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一.引言
模具的修復(fù)，通常需要增加材料，然后再次加工成型，那么增材加工將發(fā)揮關(guān)鍵作用，數(shù)字化技術(shù)的深入發(fā)展、數(shù)字控制加工設(shè)備的迅速普及，對(duì)于模具修復(fù)，也采用激光熔敷技術(shù)精密修復(fù)缺陷，這些促使制造業(yè)工藝模式發(fā)生了質(zhì)的改變。
增材制造，現(xiàn)階段成為制造業(yè)界的一個(gè)熱點(diǎn)。關(guān)于增材制造，國(guó)內(nèi)華中科技大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)做了大量的研究，并獲得較多成果。
總體來(lái)看，歐美在增材制造技術(shù)方面具備更多的經(jīng)驗(yàn)和積淀。英國(guó)全新輕金屬增材制造設(shè)計(jì)解決方案“LIGHT”研發(fā)項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)議于2013年12月12日，在Delcam公司總部伯明翰召開(kāi)，Delcam作為該項(xiàng)目的主導(dǎo)和管理單位，主持召開(kāi)了本次會(huì)議。
“LIGHT”項(xiàng)目資金預(yù)算為887000英鎊，旨在通過(guò)一系列的試驗(yàn)、測(cè)試和演示，找到一種全新的輕金屬增材制造Additive Manufacturing（AM）方法，并幫助整個(gè)英國(guó)和世界制造業(yè)能更容易地接受和受益于這種制造方法。
本文將從再制造應(yīng)用領(lǐng)域、基礎(chǔ)模型獲取、再制造模型修復(fù)與再設(shè)計(jì)、增材制造和數(shù)控加工等方面展開(kāi)論述。
二.再制造應(yīng)用領(lǐng)域
再制造產(chǎn)業(yè)，是以廢舊產(chǎn)品運(yùn)用高科技維修為主要活動(dòng)的產(chǎn)業(yè)，主要指廢舊機(jī)電產(chǎn)品再制造，包括汽車、飛機(jī)、電機(jī)、機(jī)床、器械、家電、辦公設(shè)備等。這里列舉與數(shù)控加工技術(shù)相關(guān)，同時(shí)制造企業(yè)能夠獲得較高附加值的再制造項(xiàng)目，如模具改型修復(fù)、設(shè)備貴重機(jī)械零部件修復(fù)等；國(guó)防方面，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、艦船、坦克、裝甲車輛部件等。航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片修復(fù)是保障飛機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要保障；修復(fù)所付出的成本通常為正常生產(chǎn)制造的10%以下，就民用鼓風(fēng)機(jī)行業(yè)主要部件鼓風(fēng)機(jī)葉片修復(fù)，可較大幅度節(jié)約時(shí)間成本和制造成本；某汽車鑄造廠，許多模型和模具，在早期使用傳統(tǒng)技術(shù)直接通過(guò)2D繪圖制造，如果需要復(fù)制一已有模具，以增加產(chǎn)能，和再制造有一定的關(guān)聯(lián)性，可使用高效低成本的逆向工程方法來(lái)完成，掃描已有模具，在PowerSHAPE Pro中進(jìn)行再造，然后直接使用CAM軟件進(jìn)行加工編程；該方式同樣也適用于掃描損壞的模具，進(jìn)行CAD處理后，新制作或修復(fù)損壞的模具。
三.模具修復(fù)基礎(chǔ)模型獲取
在數(shù)字化制造過(guò)程中，CAD模型通常是整個(gè)生產(chǎn)流程的源頭。依托3D CAD模型，進(jìn)行工藝分析和規(guī)劃、生產(chǎn)流程安排、數(shù)控加工制造、質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)等，那么，再制造通常是在模具損壞或機(jī)械零件破損時(shí)，需要快速恢復(fù)生產(chǎn)，對(duì)制造時(shí)間成本、制造成本等要求較高的情況下開(kāi)展的。實(shí)施過(guò)程包括擁有原始設(shè)計(jì)的CAD模型和無(wú)CAD模型兩種情況，但都需要對(duì)實(shí)際模型進(jìn)行數(shù)據(jù)采集掃描。
（1）模具掃描
采用PowerSHAPE Pro可直接連接到全部主流激光掃描設(shè)備。隨著零件的掃描，掃描結(jié)果即時(shí)顯示在監(jiān)視屏幕，確保掃描到所需的全部細(xì)節(jié)。強(qiáng)大的點(diǎn)編輯工具可刪除無(wú)用點(diǎn)，或是去除掃描數(shù)據(jù)中的任何雜點(diǎn)?？煽焖佥p松合并獨(dú)立掃描形成的點(diǎn)云，產(chǎn)生理想、完整的零件數(shù)據(jù)；可分割大型或復(fù)雜點(diǎn)云數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)，從而加速大型數(shù)據(jù)模型的處理。
（2）掃描數(shù)據(jù)網(wǎng)格化
PowerSHAPE Pro也提供了強(qiáng)大的網(wǎng)格操作工具，幫助您快速建模?？赏ㄟ^(guò)平面封頂或是光順、切矢連續(xù)的網(wǎng)格面片，快速、輕松填充孔和間隙；使用交互式網(wǎng)格雕刻工具刪除缺陷，或是增加或刪除細(xì)節(jié)。可簡(jiǎn)化網(wǎng)格區(qū)域或整理三角形，以改善擬合質(zhì)量。使用直觀的對(duì)齊定位工具，可將網(wǎng)格對(duì)齊于一已知方向，或是交互產(chǎn)生新的用戶坐標(biāo)系來(lái)指定基準(zhǔn)位置。全部這些工具也都支持輸入的STL模型數(shù)據(jù)，這使PowerSHAPE Pro成為能處理來(lái)自任何資源，任何形式的網(wǎng)格數(shù)據(jù)的理想再制造工具。
（3）根據(jù)掃描模型建模及模具設(shè)計(jì)
PowerSHAPE Pro包含大量的曲面和實(shí)體建模工具，幫助您在最短時(shí)間完成項(xiàng)目?？赏ㄟ^(guò)網(wǎng)格產(chǎn)生截面，定義實(shí)體建?；蚯娼Ｖ兴璧木€框形體。擁有專利的智能光標(biāo)，可捕捉模型上的關(guān)鍵點(diǎn)，指導(dǎo)您產(chǎn)生直線、圓弧和曲線，簡(jiǎn)化模型建構(gòu)過(guò)程；可自動(dòng)分區(qū)網(wǎng)格并擬合成標(biāo)準(zhǔn)體素曲面或?qū)嶓w形狀，如圓柱、平面、旋轉(zhuǎn)體和擠出，加快棱柱形零件的建構(gòu)；可使用光滑、高質(zhì)量曲面蒙皮模型中的復(fù)雜區(qū)域；可交互裁剪曲面，產(chǎn)生理想模型；可使用強(qiáng)大的實(shí)體建模工具重新建構(gòu)已完成的模型，整個(gè)重構(gòu)過(guò)程具有完整的特征建構(gòu)歷史，方便隨后編輯。
逆向工程是完全保型性應(yīng)用，而我們這里考慮的是對(duì)造型模型重新特征化，應(yīng)屬于再造工程。
