基于3D打印技術的模具修復技術探討【下】
/ 2021/6/5 11:41:29
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【接續(xù)】四.
模具及模型修復原理與再設計
用一個實際的案例來說明再制造模型修復。再制造模型修復在航空發(fā)動機葉片修復領域具有非?，F(xiàn)實的意義。
通常，飛機發(fā)動機葉片，在飛機飛行一定時間段后，需要檢修，飛機發(fā)動機葉片是重要的檢測項目，對惡劣工作環(huán)境產生的損壞必須進修更換或修復。同理，模具使用的損壞可以采用同樣的技術進行改造。覆蓋件模具中回彈變形，需要對模具進行變更，采用同樣的模仿變形技術對模具進行調整，然后進行加工修復損傷的航空發(fā)動機葉片。
首先，要根據損壞情況進行激光熔敷焊接，熔敷焊接屬于增材制造的重要形式，飛機發(fā)動機葉片在工作是承載較強的力，通常葉身和理論CAD模型存在一定差異，但變形的葉片同時在允許的容差范圍之內，而且不同的葉片變形狀態(tài)也不會一致，如果按照理論CAD模型對葉片進行再制造修復，將完全損壞該葉片，那么，我們就需要一個自適應當前零件狀態(tài)的修復方案，自適應實際零件和理論CAD關聯(lián)，并生成自適應加工可使用模型，該模型處理了精確的進氣邊、出氣邊位置；自動啟動程序生成系統(tǒng)，同時根據葉身檢測獲得的進氣邊、出氣邊也決定精確的榫頭位置，并生成進氣邊、出氣邊及榫頭加工程序。
把再制造融入智能化元素，整個的制造過程，需要包括對經過激光熔敷焊接的葉片，在特制的具備在機檢測（Delcam OMV）功能的設備上進行數(shù)據采集，然后根據采集的數(shù)據進行造型，獲得當前真實零件的CAD模型，然后和理論CAD模型進行比對，在保證安裝榫頭一致的情況下，需要對葉身進行自適應匹配，讓理論CAD模型按照相應的檢測規(guī)則自適應匹配到當前零件形狀，然后自動編程系統(tǒng)開始工作，生成數(shù)控加工設備加工代碼，驅動數(shù)控機床完成葉片加工；加工完成后，設備啟動在機檢測系統(tǒng)，對修復結果進行驗證，完成一個工作。
五.增材制造和數(shù)控加工
關于3D打印取代傳統(tǒng)制造業(yè)的描述隨處可見，但作為制造業(yè)從業(yè)人員來說，3D打印會帶來一些制造形式的變革，是增材制造的重要表現(xiàn)形式，部分取代傳統(tǒng)機械加工形式存在可能，但也需要非常長的周期，我們這里把增材制造和數(shù)控加工用于再制造，分別取各自優(yōu)勢。增材制造對損傷零件填補和增加材料，數(shù)控加工保障最終精度。對于增材制造來說，如果過分強調精度，效率將會急劇下降，時間成本將難以承受。
研究增材制造和3D打印的機構，較多都計劃或采用工業(yè)機器人的形式進行研發(fā)和使用。下面以一個機械零件修復（再制造）的流程簡要說明（下圖）。
這是一個有設計3D CAD模型的案例，基于原理，對模具的損壞或修改也可以采用同樣的技術。該零件因使用原因損壞，該項目可以假設是遠洋貨輪上，該零件的損壞，會導致遠洋貨輪不能行進；在云數(shù)據時代，該遠洋貨輪配備有以工業(yè)機器人為核心的一套柔性制造單元，對損壞的零件，根據需要，通常需要通過以下7個步驟來進行：
1.從云端獲得設計3D CAD數(shù)據；
2.柔性制造單元對損壞零件進行掃描；
3.對齊點云和設計3D CAD數(shù)據；
4.由點云形成STL模型；
5.設計3D CAD數(shù)據與缺損STL模型進行布爾運算，獲得缺損部分3D CAD數(shù)據；
6.機器人柔性單元采用激光熔敷堆積缺損部分；
7.采用機器人安裝動力頭后，采用數(shù)控加工刀具對激光熔敷堆積部分進行精加工。
機械零件修復的流程
通過以上零件再制造流程的描述，包含STL模型和實體CAD模型的布爾運算，該功能是PowerSHAPE所特有的功能；同時，機器人的應用，由過去的點位驅動，改變?yōu)榉滦渭庸?，需要支持工業(yè)機器人編程的PowerMILL，機器人離線編程讓機器人具備數(shù)控機床的功能，同時具備足夠的“柔性”，但不可回避的是，一般的機器人本身的定位精度0.1-0.2之間；達到真正的高精度有一定差距，但其優(yōu)勢同樣不可否認。
對于支持數(shù)控機床進行模具高效加工，PowerMILL同樣具有非常大的優(yōu)勢，最新的Machine DNA & Vortex技術，是首次把數(shù)控機床DNA信息，植入數(shù)控編程系統(tǒng)的軟件，對于提高零件、模具加工效率非常有意義。
模具和部件的再制造，依然不能脫離數(shù)控機床。
六.結語
隨著數(shù)字化技術的不斷進步，相應逆向掃描系統(tǒng)、數(shù)控機床等的普及，而提出一些創(chuàng)新思路，充分發(fā)揮再制造的功能，無疑對人類社會的持續(xù)發(fā)展具備積極作用。
文中提到的航空發(fā)動機葉片修復技術，也是國內外最為先進的自適應加工系統(tǒng)的概述，同時也適用于與模具的修復。模具的數(shù)字化設計與制造技術的研發(fā)和應用情況與時俱進，需要多學科技術的融合。關于模具復制的案例，也是我們在實際工作中的真實案例。文中提到的機器人熔敷加工，同樣屬于3D打印的一種形式。
