快速原型制造技術(shù)在機械設(shè)備維修領(lǐng)域中的應(yīng)用

王光　張輝

摘 要 本文針對制造型企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備因非標配件短缺無法實施快速維修的問題，提出了根據(jù)快速原型制造技術(shù)特點對機械設(shè)備各種非標配件采用快速原型制造的方式來自行生產(chǎn)的設(shè)想。并且從建立備件三維模型數(shù)據(jù)庫的角度，論述了快速原型制造技術(shù)在設(shè)備維修領(lǐng)域中應(yīng)用的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞 快速原型制造技術(shù) 離散-堆積原理 產(chǎn)品三維實體模型數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：TH16 文獻標識碼：A

對于制造一款相當精密、復(fù)雜的機械零件可能很多人都會想到這是加工工廠應(yīng)該完成的事情。一個普通人在沒有更多場地和設(shè)備的情況下就能夠很輕松的生產(chǎn)出具有較高精度的機械零件也是一件很難想象的事情，而這一切已經(jīng)成為現(xiàn)實。消費者用電腦從網(wǎng)上下載產(chǎn)品，嚴格地說是下載產(chǎn)品的三維幾何數(shù)據(jù)模型，然后根據(jù)自己的喜好進行個性化定制，把最終的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到一臺打印機上，放進原材料后機器就會按照程序一層一層地把產(chǎn)品制造出來，這就是制造業(yè)領(lǐng)域正在迅速發(fā)展的一項新興技術(shù)——增材制造技術(shù)。

一、快速原型制造技術(shù)的基本原理和發(fā)展趨勢

基于離散-堆積原理的快速原型制造技術(shù)（Rapid Prototyping Manufacturing）又稱為“增材制造技術(shù)（Additive Manufacturing，AM）、三維打印（3D Printing ）、實體自由制造（Solid Free-form Fabrication） ”是一種由三維幾何數(shù)據(jù)模型直接驅(qū)動采用材料逐層累加的方法快速制造出任意復(fù)雜形狀三維實體的技術(shù)，其基本制造原理是將專業(yè)設(shè)計軟件中的產(chǎn)品三維數(shù)據(jù)模型按照一定的工藝要求對模型進行離散處理，然后將離散分層數(shù)據(jù)輸入成型設(shè)備中，在計算機控制下以平面加工方式有序逐層的堆積成形產(chǎn)品模型。相對于傳統(tǒng)的材料去除成形加工技術(shù)，是一種“自下而上”的全新制造方法，制造業(yè)將其稱為“具有工業(yè)革命意義的制造技術(shù)”。快速原型技術(shù)的核心制造思想最早起源于十九世紀末的美國，起初是用于照相雕塑和地貌成形方面的研究，二十世紀八十年代后期逐步發(fā)展成熟并被廣泛應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品制造成形領(lǐng)域。近年來，快速原型制造技術(shù)并沒有僅僅停留在制作原型上，而是向著用于快速制作金屬模具乃至實際產(chǎn)品中使用的功能性塑料零件和金屬零件的方向發(fā)展。快速原型制造已經(jīng)具有了制造最終產(chǎn)品的功能，它的內(nèi)涵正從快速原型制造向快速制造（RM，Rapid Manufacturing）的方式轉(zhuǎn)變。

二、快速原型制造技術(shù)在設(shè)備維修領(lǐng)域中的應(yīng)用

工業(yè)化大生產(chǎn)環(huán)境下產(chǎn)品制造企業(yè)總是希望組成生產(chǎn)線的每臺設(shè)備在保持制造精度的前提下高速穩(wěn)定的持續(xù)運轉(zhuǎn)，但設(shè)備管理部門總會遇到這樣的問題：為提高設(shè)備維修效率，不斷的購買設(shè)備備件，而當真正出現(xiàn)設(shè)備故障時，偏偏需要的備件沒有購買或者是在庫數(shù)量不足，一些進口設(shè)備的非標備件購買周期漫長且價格昂貴，有時甚至遇到該型號設(shè)備已經(jīng)停產(chǎn)造成備件無法獲得的情況等，由于無法及時更換損壞的部件，導(dǎo)致停機時間延長，給企業(yè)造成了極大的經(jīng)濟損失。通常需要進行維修更換的非標備件數(shù)量極小加之備件本身材質(zhì)各異，給備件再生產(chǎn)帶來極大困難。采用快速原型制造技術(shù)自行生產(chǎn)備件就能無需原胚、模具和專業(yè)的夾具，直接根據(jù)零件三維數(shù)據(jù)模型通過增加材料的方法生成任何復(fù)雜的三維幾何實體，而且在整個制造過程中幾乎不需要人工干預(yù)就能夠完成，零件制造精度高、品質(zhì)不受人工技術(shù)水平高低和其它外部因素的限制。由于省去了各種傳統(tǒng)加工工藝簡化了產(chǎn)品制造程序，所以縮短了零件的再制造周期，提高了效率、降低了制造成本，有效的解決了因非標備件不足或缺失造成的維修困難。而且從目前看快速原型制造技術(shù)在設(shè)備維修領(lǐng)域中應(yīng)用的趨勢有一下三點：

第一，裝備制造企業(yè)將設(shè)備零部件各種參數(shù)信息以三維實體模型數(shù)據(jù)的方式存儲在公司的數(shù)據(jù)庫中，需要成為備件的零部件根據(jù)設(shè)備型號進行分類后發(fā)布到公司的網(wǎng)站上并提供下載服務(wù)，用戶下載后可以將該實體模型數(shù)據(jù)發(fā)送到當?shù)氐目焖僭椭圃熘行倪M行快速制造。

第二，針對高附加值精密機械設(shè)備，尤其是國外進口設(shè)備備件購買價格昂貴、購買周期長、種類繁多、庫存龐大、分類管理復(fù)雜、備件庫存長期在庫占用大量企業(yè)流動資金等實際問題出發(fā)，采用快速原型制造技術(shù)自行制造備件更適于進口設(shè)備備件的國產(chǎn)化開發(fā)。可以采用逆向工程（reverse engineering）對備件進行測繪，然后經(jīng)過編輯得到最終的備件三維實體模型數(shù)據(jù)，為后期進行備件快速制造做前期的技術(shù)準備。

第三，產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)備管理人員在保存原有設(shè)備備件二維工程圖紙的基礎(chǔ)上，將該備件的三維實體模型數(shù)據(jù)保存到本公司ERP系統(tǒng)中的設(shè)備管理數(shù)據(jù)庫中，以便后期使用調(diào)取。同時建立整個生產(chǎn)線設(shè)備的虛擬備件庫，將大量的備件三維實體模型分類保存在備件數(shù)據(jù)庫中，形成設(shè)備維修系統(tǒng)中除專家診斷系統(tǒng)、故障分析系統(tǒng)以外的另一種技術(shù)支撐系統(tǒng)。這種設(shè)備維修方式的主要思想是將過去傳統(tǒng)的保存大量實體備件模式逐步變成在僅保存少量常用易損備件安全庫存的基礎(chǔ)上建立虛擬的備件三維實體模型數(shù)據(jù)庫，一旦特殊部件損壞在沒有實體備件在庫和獲取備件時間漫長等條件下采用快速原型制造技術(shù)在較短的時間內(nèi)獲得實體備件，以提高設(shè)備維修的效率減少設(shè)備故障停機時間，為企業(yè)贏得更多的利潤。

三、結(jié)語

根據(jù)快速原型制造技術(shù)適宜單件、小批量、高柔性的零件制造特點，設(shè)備備件“真正實現(xiàn)了隨時、隨地、按需生產(chǎn)”的設(shè)想，在設(shè)備維修領(lǐng)域中極大的減少了實體備件在庫數(shù)量，變實體庫存為虛擬庫存，減少了場地占用和資金占用，降低了企業(yè)購買備件的成本。隨著智能制造的進一步發(fā)展成熟，快速原型制造技術(shù)在機械設(shè)備維修領(lǐng)域的發(fā)展必將取得更大的成功！□

（作者單位：王光，河北科技大學(xué)；張輝，河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

參考文獻：

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