快速制造技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中的作用

【摘要】：此研究通過對(duì)新產(chǎn)品開發(fā)流程的現(xiàn)狀分析，結(jié)合快速制造技術(shù)的技術(shù)手段，旨探索更快捷、更經(jīng)濟(jì)的新產(chǎn)品開發(fā)流程。研究目的是使現(xiàn)有的新產(chǎn)品開發(fā)過程與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)更好對(duì)接，除了在新產(chǎn)品開發(fā)流程中，設(shè)計(jì)主體應(yīng)做到經(jīng)濟(jì)性和保證實(shí)效性。另外，通過研究還發(fā)現(xiàn)主要矛盾在于設(shè)計(jì)開發(fā)主體對(duì)產(chǎn)品開發(fā)實(shí)現(xiàn)的了解與快速制造技術(shù)發(fā)展存在差距。研究意義是通過研究發(fā)現(xiàn)解決現(xiàn)存的產(chǎn)品開發(fā)主要矛盾的方法，使快速制造技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

【關(guān)鍵詞】：快速制造；設(shè)計(jì)實(shí)踐；檢驗(yàn)

1、新產(chǎn)品開發(fā)流程現(xiàn)狀

當(dāng)前，新產(chǎn)品開發(fā)成為推動(dòng)創(chuàng)新型社會(huì)和增加企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑，其原動(dòng)力除了創(chuàng)新力本身，還有許多方面，新產(chǎn)品開發(fā)這個(gè)過程自身的時(shí)長(zhǎng)和階段劃分就能很大程度的影響新產(chǎn)品的誕生。目前，通過調(diào)研，可以將新產(chǎn)品開發(fā)總結(jié)為以下三種：社會(huì)型、學(xué)院型、創(chuàng)造型。

社會(huì)型新產(chǎn)品開發(fā)是最普遍的一種產(chǎn)品開發(fā)流程，其主體為企業(yè)或公共機(jī)構(gòu)，在產(chǎn)批開發(fā)初期有著強(qiáng)大的調(diào)研基礎(chǔ)和資金支撐，產(chǎn)品在實(shí)現(xiàn)性方面更易實(shí)現(xiàn)。這些產(chǎn)品正是由于根基牢固，從而需要穩(wěn)定的迭代節(jié)奏，以及良好的市場(chǎng) 創(chuàng)新競(jìng)爭(zhēng)力。在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)手段中，由于有資金支持和開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)者使用這種模式開發(fā)時(shí)需要在設(shè)計(jì)對(duì)接生產(chǎn)之前進(jìn)行驗(yàn)證，這就需要使用快速制造技術(shù)。

學(xué)院型設(shè)計(jì)開發(fā)流程指依托在校生靈感以及設(shè)計(jì)競(jìng)賽產(chǎn)生的作品，通過合理性的改良進(jìn)行生產(chǎn)的流程。這種流程實(shí)現(xiàn)率低，創(chuàng)新度高，有大量的靈感基礎(chǔ)，但制約實(shí)現(xiàn)率的矛盾在于設(shè)計(jì)主體對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)缺乏了解，從而設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、造型不利于實(shí)現(xiàn)。通過對(duì)快速制造的了解學(xué)習(xí)以及參與，能夠改善這樣的現(xiàn)狀。

以上兩種方式均為正想推進(jìn)的產(chǎn)品開發(fā)流程，在一些設(shè)計(jì)創(chuàng)造領(lǐng)域例如汽車設(shè)計(jì)，在三維模型之前，油泥模型為設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造手段，而對(duì)設(shè)計(jì)的驗(yàn)證、推敲依然需要依賴生產(chǎn)前的快速制造技術(shù)，進(jìn)行縮比例模型制作。另外，一些設(shè)計(jì)雛形作品不具備生產(chǎn)條件，在創(chuàng)造之初需要進(jìn)行多次模型進(jìn)行驗(yàn)證。

2、快速制造技術(shù)現(xiàn)狀

快速制造技術(shù)又稱快速成型技術(shù)，融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)以及材料技術(shù)為一體，通過CAD圖紙、CAM計(jì)算機(jī)輔助制造、CNC計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)材料快速成型。快速制造技術(shù)通過對(duì)三維模型進(jìn)行數(shù)字化、網(wǎng)格化分層處理，將路徑傳遞給自動(dòng)化控制設(shè)備，并對(duì)材料進(jìn)行該路經(jīng)加工，通過二維截面堆積或二維方向?qū)Σ牧线M(jìn)行切削，實(shí)現(xiàn)三維立體模型。其制造主要分為五個(gè)步驟：計(jì)算機(jī)模型設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)化文件形成，三維數(shù)據(jù)切片處理，模型加工，后期處理。

現(xiàn)有的快速成型技術(shù)的制造工藝方面可以分為兩大類，以切面堆積的加法方式，以及用銑床做減法的方式。

SLA指光固化成型技術(shù)，使用光敏樹脂做為基本原料，用計(jì)算機(jī)將整個(gè)數(shù)字模型進(jìn)行切片處理，得到多個(gè)斷面，使用紫外線激光束沿著斷面對(duì)液體進(jìn)行掃描，光敏樹脂隨之被固化，這一過程多次反復(fù)，基準(zhǔn)平臺(tái)逐漸下降，最終在液態(tài)光敏樹脂液面之下形成三位實(shí)體模型。

LOM為分層實(shí)體制造技術(shù)，該工藝原料為紙張，使用CAD系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行切片處理，獲取斷層輪廓圖，通過自動(dòng)化設(shè)備根據(jù)電子輪廓圖帶動(dòng)原材料在切割臺(tái)上進(jìn)行移動(dòng)，同時(shí)，熱壓裝置通過對(duì)熱熔膠和紙張進(jìn)行加壓處理，使紙張?jiān)险澈希鴮?duì)紙張的切割，則使用激光，同時(shí)配合工作臺(tái)的移動(dòng)完成切片制造，最后通過人工敲打使廢料與模型脫離。

SLS是指激光粉末燒結(jié)，該工藝是將粉末原材料鋪灑到成型零件，之后刮平處理，使用二氧化碳激光器在零件截面進(jìn)行照射燒結(jié)，做后進(jìn)行打磨、烘干等操作。

CNC為數(shù)控雕刻機(jī)的縮寫。這種成型方式為切削成型，根據(jù)數(shù)據(jù)模型計(jì)算出銑床軌跡，對(duì)原材料進(jìn)行切削，得到三維模型。

3、快速制造技術(shù)在設(shè)計(jì)檢驗(yàn)過程中的應(yīng)用設(shè)計(jì)驗(yàn)證

眾所周知，制約產(chǎn)品研發(fā)、試制的瓶頸是缺乏先進(jìn)的快速制造技術(shù)。如今，先進(jìn)的快速制造技術(shù)打破了傳統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)頑固約束，可以使研發(fā)團(tuán)隊(duì)在制造模具之前，能夠利用相對(duì)模具開發(fā)更低成本的手段，從圖紙直接跳躍到實(shí)物去感受自己的設(shè)計(jì)。這可以實(shí)現(xiàn)小批量多品種產(chǎn)品的生產(chǎn)需求，可以用快速制造技術(shù)得到與真實(shí)產(chǎn)品幾乎完全相同品質(zhì)的樣機(jī)外觀。除此之外，產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)可以在試制階段，利用模型產(chǎn)品、樣機(jī)等幾乎與實(shí)際生產(chǎn)的產(chǎn)品一樣的產(chǎn)品，在洽談會(huì)上拿到訂單。除此之外，研發(fā)團(tuán)隊(duì)可以將能夠避免的錯(cuò)誤解決在量產(chǎn)化的開模具之前。

當(dāng)然，這里的快速制造技術(shù)還包括能夠把你手繪的草圖做成油泥模型，用三維掃描技術(shù)獲取數(shù)據(jù)，經(jīng)工程軟件完成數(shù)字建模，為模具制造提供最準(zhǔn)確的數(shù)字參數(shù)，實(shí)現(xiàn)從感性設(shè)計(jì)到理性設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變。

4、快速制造推動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)踐合理性

在學(xué)院型和創(chuàng)造型設(shè)計(jì)主體的設(shè)計(jì)作品中，多次的快速制造參與經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蛲苿?dòng)這些設(shè)計(jì)主體產(chǎn)生作品的合理性，在設(shè)計(jì)開發(fā)的源頭避免一些阻礙靈感與實(shí)現(xiàn)對(duì)接過程中的錯(cuò)誤。

另一方面，在快速制造小批量樣機(jī)后，能夠讓各種設(shè)計(jì)主體對(duì)設(shè)計(jì)概念有一個(gè)具象的認(rèn)識(shí)，可以縮短整個(gè)設(shè)計(jì)周期以及改良周期的時(shí)間，搶占市場(chǎng)，得到更好的商機(jī)。

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