數（shù）控機床（chuáng）與 3D 打印（yìn）一體化（huà）製造（zào）技（jì）術分析-數控機床市場網（wǎng）

您現在的位置：車床網> 技術前沿> 數控機床與 3D 打印一體化製造（zào）技術分析

數控機床與 3D 打印一體化製造技術分析

2021-2-19 來源：河南工業貿（mào）易職業學院（yuàn）作者：黨霞

摘要：數控機床技術（shù）和（hé） 3D 打印技術作為兩種不同的加工方式，在加工生產中都有各自的優缺點。為（wéi）了滿（mǎn）足高端製（zhì）造的需求，可（kě）將 3D 打印的增材製造技（jì）術與數控機床的減材製造技術相結合，充分發揮兩種（zhǒng）製造技術的優勢。文章首先（xiān）闡述（shù）了數控機床加（jiā）工與 3D打印一（yī）體（tǐ）化（huà）製造技術結合應（yīng）用的優勢（shì），然後對數控機床與 3D 打印一體化製造技術進行分析，為促進我國工業生產水平的進一步提升奠定良好的基礎（chǔ）。

關鍵詞（cí）：數控機床；3D 打印；一體化製造；集成製造

0 引言（yán）

隨著我國工業生產水平的提高，對（duì）零件加（jiā）工的技術水平提出了更高的要求。數控機床作為典型的機電一體（tǐ）化（huà）加工設備，在促（cù）進我國工業生（shēng）產的發（fā）展中發揮了重要的作用。沒有任何一種加工（gōng）方式是完美的，數控機床為減材製造方式，所以在加工過程中會產（chǎn）生大量的碎屑（xiè）垃圾，不僅造成資源的（de）浪費，而且會（huì）對環境造成一定的汙染（rǎn）。而3D 打印技（jì）術的出現，是對傳統加工形式的（de）一種創新（xīn），其（qí）融合了計算機輔助設計、材料加（jiā）工與成形技術，以數字模型文件為基礎，利用（yòng）軟件與數控係統將專用（yòng）材料以（yǐ）特有的方式進行逐層堆積，最終（zhōng）製造出實體物品，稱為增材製（zhì）造。數控加工技術和 3D 打印技術在加工方式上完全相反（fǎn），為了最大化的發（fā）揮（huī）兩（liǎng）種加（jiā）工方式的優（yōu）勢，可以將兩種加工方式結合應（yīng）用，不僅能夠降低製造時間和成本，還能夠提高（gāo）產品的製造質量，進一步提（tí）升我（wǒ）國加工製（zhì）造業的（de）水平。

1、數控機床與 3D 打印分析

1.1 數控機床與 3D 打印（yìn）概念

數控機（jī）床是典型（xíng）的機電一體（tǐ）化生產設備，在促進我國零件加工的自動化生產中發揮（huī）了重要作用。數控機床主要是按照加（jiā）工（gōng）需求將加工工藝進行編程處（chù）理，然後將程序輸入到控製中心，通過控製中心控製機械設備（bèi）執行操作。數控機床在加工方式上講屬於減材製造，通過對原材料的切削（xuē）等處理，最終（zhōng）得到想要的（de）產品。數控機床在（zài）加工過程中，利用傳感器等設（shè）備能夠對整個加工過程進行監控，以及時調整機械設備的運行軌跡，確保零件加（jiā）工的精準度和可（kě）靠性。數控係統具有靈活性和通（tōng）用性的特點，且加工精度較高，在航天航空等精密零件加工中應（yīng）用也較為廣（guǎng）泛。

3D 打印技術改變了傳統的加工製造方式，其采用的增材（cái）製造技術能夠完成很多結構（gòu）複雜的零件加工。首先利用計算機軟件將三維實體模型按照一定的厚度（dù）進（jìn）行切片分層，然後將零件的 3D 形狀信息轉換成二維圖形信息，再根據加工要求將每組二維圖形按照一定的順序填充路徑。在實際市場的過程中，會將這些路徑信息導入（rù）到打印機控製（zhì）係統（tǒng）中，打印機即可（kě）按照填充路徑將填（tián）充材料熔化堆（duī）積，在每層達（dá）到一定（dìng）的（de）填充厚（hòu）度後再進行下一層的填充，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大的零件加（jiā）工。隨著這（zhè）項技術的發展，可利用的材料種類越來越多（duō），應（yīng）用領域也越來越廣泛，對促進我國工業生產的發展起到（dào）了重要的推動作用。

1.2 數控機床與 3D 打印的特點

我國工業生產中的製造（zào）方式經曆了等材製造、減材製造和增材製造三個階段，每個階段都是一種技術上的創新和改革。等（děng）材製造主要是指在加工前後材料的重量基本不變，比（bǐ）如鑄造、鍛造、焊接等生產方式。減材製造是指通過對材料進行切削加工，最終達到設計形狀的加工方式（shì），比（bǐ）如使用車、銑、刨、磨等設備對材料進行（háng）切削加工。增材製造（zào）主要是指通過光固化、選擇性激光燒結、熔融（róng）堆積（jī）等（děng）技術，以逐漸增加原料（liào）的（de）形式加（jiā）工成設計形狀，比如 3D 打印技術。這一係列過程的變遷，充分的展現了我國工業加工（gōng）技術的發展，不僅是生產加工理（lǐ）念（niàn）和模式的轉變，同時也大幅降低了加工成本和時間，降（jiàng）低了能源消耗，提高了生產效率。

數控機床加工形式為減材製造，在加工過程中利（lì）用刀具、夾具等對原材料（liào）進行切削，去掉多餘的部分，最終製造成設計的形狀。因數控機床的自動化和智能化程（chéng）度較高，所以對加工對象有較強的適應性，不（bú）僅能夠批（pī）量生產，而且適用於單件或小批量產品的（de）加工。在加工不（bú）同（tóng）種類的零件時，不需要調整（zhěng）機床，隻需要更（gèng）換加工程序即可，在控製（zhì）麵板中輸入相應的程序即可按照相應的工序進行操作（zuò），有效縮短了生產（chǎn）周期，減少了更換裝備的時間。數（shù）控機床（chuáng）是以（yǐ）數字信號的形（xíng）式進行生產控製，在加工過程（chéng）中還能夠對構件之間的誤差進行補償，從而提高加工精度，能夠實現穩定的加工（gōng）質量（liàng）。數（shù）控機床的自動化生產方（fāng）式有效的提高了生產效率，在進行相應的工藝改進（jìn）後，能夠在一（yī）台機床上進行多道（dào）工序的連續加工，減（jiǎn）少了工序轉換的時間。由於數控（kòng）機床是按照設計（jì）好的程（chéng）序進行加工，在輸入（rù）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勞動強度。但是對操作人員（yuán）的技術水平有了更高的要求，操作人員應（yīng）該熟練掌握程序的輸入、編輯（jí）、零件裝卸、刀具準備、加工（gōng）狀態的觀測以（yǐ）及零件的檢驗等工作，才能夠確保機床加工的高效運行。

3D 打印技術為增材製造形式，這（zhè）種加工方式成形速度快，成本便宜，操作簡單，所以（yǐ）在我國現代生產中應用較為普遍。與傳（chuán）統的減材製造技術相比，3D 打印技術脫離了刀具、夾具等配套工具的使（shǐ）用，能夠（gòu）實現多種類型加工製造，並且能夠在每種加（jiā）工程序（xù）之間自由轉換，在生不同（tóng）零件時，隻需要調用不同的文件即（jí）可。在產品研究周期（qī）上相對較短，隻需要利用計算（suàn）機軟件進行零件設計，然後即可投入使用，尤（yóu）其是對於新品的研發試產具有重要意義，可大大減少減（jiǎn）材製造的工序。產品製造的數字化、智能化（huà）程度較高，零件設計、建（jiàn）模、分層、工藝設計、生成路徑、導入控製（zhì）係統、製造加（jiā）工一係列的工作程（chéng）序都可以在計算（suàn）機中操作，效率較高。在實際生產過程中，因（yīn）為快速熔化和（hé）凝結使得加工完的零件在組織上更加緊密均勻，不會出現傳統（tǒng）製造中的組織缺陷，提高了材（cái）料的強度、塑性和耐腐蝕性。因為特殊的加工方式，可以（yǐ）實現任意方式和結構的組合，尤其適用（yòng）於內部結構較為複雜的零件（jiàn）加工。

2 、數控機床與 3D 打印一體化製造（zào）技術（shù）

2.1 數控機（jī）床與 3D 打印一體化製造的必要性

因為數控機（jī）床加工和（hé） 3D 打印技（jì）術都有各自（zì）的優缺點，為了滿足我（wǒ）國工業生產的需求（qiú），可以將兩種技術結合應（yīng）用，充分（fèn）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，最終提高零（líng）件的加工效率和加工質量。將數控機床與 3D 打印技術結合可形（xíng）成複合機床（chuáng），在一台機床上就（jiù）能夠實現兩種技術的應用。在複合機床中，可以將數控加工中削減的材料經過一定的處理後（hòu）用於 3D打印的原材料，同時經過 3D 打印後的零（líng）件又可以（yǐ）利用數控技術（shù）進行精度和表麵光滑度的（de）處（chù）理，有效的避（bì）免了兩種技術的局（jú）限性。數控機（jī）床與 3D 打印的一體化製（zhì）造技術是對傳（chuán）統加工方式的一種顛覆，將“加法”與“減法”結合使用，其所（suǒ）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（jié）合後的複合機床可大大的減少（shǎo）材（cái）料的（de）浪費（fèi），可以實現材料的循環（huán）利用，在工廠內部或者生產過程中就能夠實現物料的循環（huán），提高資源的利用（yòng）率，降低對（duì）環境的汙染。複合機床的操作（zuò）更加簡便，操作人員隻需要在一個工作（zuò）站就能夠處理整（zhěng）個加工流程（chéng），簡化了工序。因為在複合機（jī）床中可以實現兩（liǎng）種技術（shù）操作，所以總體投資要比購買兩台設備低很多。可（kě）以（yǐ）生產的零件（jiàn）在總體上具（jù）有更高的性價比，不僅成本有所降低，且零件的性能會有所增強。

2.2 數控機床與 3D 打印一體化製造的應用

數（shù）控機床與 3D 打印的一體化製造技術是滿（mǎn）足製造業高端製造要求的必（bì）然產物（wù），將兩種技術的（de）融合應用而研發的複合機床，能夠（gòu）進一步提高（gāo）企業的（de）市場競爭力，為複雜（zá）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（fèn）國家研發出了複合機床，並且在實際應（yīng）用中取得了良好的效果。比（bǐ）如馬紮克公司研發的（de）一款複合機（jī）床為客戶提供（gòng）了（le）一種與傳統零件設計、加工方式完全（quán）不同的技術，適用於加工小批（pī）量、難加工材（cái）料的產品，比如在航空航天領域的耐熱（rè）合金零部件、能源領域高硬度材料工具和零部件、醫療設備（bèi）領域高精度特種合金零部件，這些都是工業生產（chǎn）中對零部件加（jiā）工有較高要求的行業，複合機床（chuáng）在這方麵的製造技術可有效滿足製造要求（qiú）。在這款機床中可以（yǐ）提供高（gāo）速或高精度兩種熔覆頭，在主軸上安裝的熔覆頭可（kě）以自動切換（huàn）。在實際應用中（zhōng），用戶可以根據加工零件的形狀、加工條件以（yǐ）及金屬粉末的材料來決定使用哪種熔覆（fù）頭。這款機床可以進行全（quán）麵的五軸車銑複合加工，B 軸（zhóu）擺動幅（fú）度較大，對於多棱（léng）體鍛件或鑄件、回轉體零件以及結構比較複雜的異形（xíng）件，都能夠輕鬆實（shí）現。這種複（fù）合機床的應用，既減少了數控加工中對材料的浪費以及難以完成（chéng）複雜零件的加工，同時又改善了 3D打印表麵平滑度的問（wèn）題，尤其適用於對加工要求較高（gāo）的工業領域。

2.3 複合機（jī）床發展（zhǎn）麵（miàn）臨的挑戰

將數控機床與（yǔ） 3D 打印進行一體化（huà）製造的複合機床，雖然優點（diǎn）較多，但同時（shí）也存在一定的缺陷。在（zài）數控機床加工中需要使用切削液，而在加工過程中殘留的切削液如果與 3D 打印使用的顆粒混合後，可能會對激光束的（de）吸收率和（hé）襯底內填充材料（liào）的稀釋產生（shēng）一（yī）定的影響。而在 3D 打印過程中使用材料中的粉末可能會（huì）對機床的導向係統產生一定（dìng）的磨（mó）損，所（suǒ）以要做好（hǎo）相應的防（fáng）範措施。在熱處理過程中，添加的材料如果受到加熱和冷卻熱循環的影響，在（zài）材料中可能產生殘餘應力，而這部分殘餘應力如果（guǒ）在後續加工中釋放（fàng）出來，就（jiù）會對零件幾何形狀的（de）精（jīng）度產生一定的（de）影響。這些都是一體（tǐ）化製造過程中可能麵臨的問題，所以還需要根據實際生產狀況（kuàng）不斷的改進生產工藝，降低兩種技術之間相互的影響，最終提高生產效（xiào）率和質量。

3、結語

數（shù）控機床與（yǔ） 3D 打印的一（yī）體化製造技術，實質（zhì）上就是增材製（zhì）造與減材製造的結合應用，兩種技術的結合應用可充（chōng）分（fèn）發揮二者的優點，克服各自在生產中的缺點，實現資源的高效利用，縮短生產時間，提高生產效率。這種（zhǒng）製造技術的應用對於我國麵臨資源緊（jǐn）張、環境汙染的形勢具有（yǒu）重要的意義，對（duì）於我國進行工業生產的轉型升級具有一定的（de）推動作用。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（miàn）臨很多的挑戰（zhàn），但是通過研發（fā）人員的努力，一體化製造技術會越來越成熟，也（yě）為我國加（jiā）工製造業的進一（yī）步發展開辟了新的道路，也為我國向工業強國發展創造有利的條件。

投稿箱（xiāng）：
如果您有機床行業（yè）、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯係（xì）本網編輯部，郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關信息

名（míng）企推薦

業界視點（diǎn）

| 更多

行業數據

| 更多

博文選萃

| 更多