基于3D打印技術的模具修復技術探討【上】
/ 2021/6/5 11:41:29
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一.引言
模具的修復，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)揮關鍵作用，數(shù)字化技術的深入發(fā)展、數(shù)字控制加工設備的迅速普及，對于模具修復，也采用激光熔敷技術精密修復缺陷，這些促使制造業(yè)工藝模式發(fā)生了質的改變。
增材制造，現(xiàn)階段成為制造業(yè)界的一個熱點。關于增材制造，國內華中科技大學、西北工業(yè)大學、北京航空航天大學做了大量的研究，并獲得較多成果。
總體來看，歐美在增材制造技術方面具備更多的經驗和積淀。英國全新輕金屬增材制造設計解決方案“LIGHT”研發(fā)項目啟動會議于2013年12月12日，在Delcam公司總部伯明翰召開，Delcam作為該項目的主導和管理單位，主持召開了本次會議。
“LIGHT”項目資金預算為887000英鎊，旨在通過一系列的試驗、測試和演示，找到一種全新的輕金屬增材制造Additive Manufacturing（AM）方法，并幫助整個英國和世界制造業(yè)能更容易地接受和受益于這種制造方法。
本文將從再制造應用領域、基礎模型獲取、再制造模型修復與再設計、增材制造和數(shù)控加工等方面展開論述。
二.再制造應用領域
再制造產業(yè)，是以廢舊產品運用高科技維修為主要活動的產業(yè)，主要指廢舊機電產品再制造，包括汽車、飛機、電機、機床、器械、家電、辦公設備等。這里列舉與數(shù)控加工技術相關，同時制造企業(yè)能夠獲得較高附加值的再制造項目，如模具改型修復、設備貴重機械零部件修復等；國防方面，飛機發(fā)動機葉片、艦船、坦克、裝甲車輛部件等。航空發(fā)動機葉片修復是保障飛機正常運轉的重要保障；修復所付出的成本通常為正常生產制造的10%以下，就民用鼓風機行業(yè)主要部件鼓風機葉片修復，可較大幅度節(jié)約時間成本和制造成本；某汽車鑄造廠，許多模型和模具，在早期使用傳統(tǒng)技術直接通過2D繪圖制造，如果需要復制一已有模具，以增加產能，和再制造有一定的關聯(lián)性，可使用高效低成本的逆向工程方法來完成，掃描已有模具，在PowerSHAPE Pro中進行再造，然后直接使用CAM軟件進行加工編程；該方式同樣也適用于掃描損壞的模具，進行CAD處理后，新制作或修復損壞的模具。
三.模具修復基礎模型獲取
在數(shù)字化制造過程中，CAD模型通常是整個生產流程的源頭。依托3D CAD模型，進行工藝分析和規(guī)劃、生產流程安排、數(shù)控加工制造、質量檢驗檢測等，那么，再制造通常是在模具損壞或機械零件破損時，需要快速恢復生產，對制造時間成本、制造成本等要求較高的情況下開展的。實施過程包括擁有原始設計的CAD模型和無CAD模型兩種情況，但都需要對實際模型進行數(shù)據采集掃描。
（1）模具掃描
采用PowerSHAPE Pro可直接連接到全部主流激光掃描設備。隨著零件的掃描，掃描結果即時顯示在監(jiān)視屏幕，確保掃描到所需的全部細節(jié)。強大的點編輯工具可刪除無用點，或是去除掃描數(shù)據中的任何雜點?？煽焖佥p松合并獨立掃描形成的點云，產生理想、完整的零件數(shù)據；可分割大型或復雜點云數(shù)據，簡化數(shù)據，從而加速大型數(shù)據模型的處理。
（2）掃描數(shù)據網格化
PowerSHAPE Pro也提供了強大的網格操作工具，幫助您快速建模?？赏ㄟ^平面封頂或是光順、切矢連續(xù)的網格面片，快速、輕松填充孔和間隙；使用交互式網格雕刻工具刪除缺陷，或是增加或刪除細節(jié)?？珊喕W格區(qū)域或整理三角形，以改善擬合質量。使用直觀的對齊定位工具，可將網格對齊于一已知方向，或是交互產生新的用戶坐標系來指定基準位置。全部這些工具也都支持輸入的STL模型數(shù)據，這使PowerSHAPE Pro成為能處理來自任何資源，任何形式的網格數(shù)據的理想再制造工具。
（3）根據掃描模型建模及模具設計
PowerSHAPE Pro包含大量的曲面和實體建模工具，幫助您在最短時間完成項目。可通過網格產生截面，定義實體建?；蚯娼Ｖ兴璧木€框形體。擁有專利的智能光標，可捕捉模型上的關鍵點，指導您產生直線、圓弧和曲線，簡化模型建構過程；可自動分區(qū)網格并擬合成標準體素曲面或實體形狀，如圓柱、平面、旋轉體和擠出，加快棱柱形零件的建構；可使用光滑、高質量曲面蒙皮模型中的復雜區(qū)域；可交互裁剪曲面，產生理想模型；可使用強大的實體建模工具重新建構已完成的模型，整個重構過程具有完整的特征建構歷史，方便隨后編輯。
逆向工程是完全保型性應用，而我們這里考慮的是對造型模型重新特征化，應屬于再造工程。
