基于3D打印技術(shù)的模具修復技術(shù)探討【下】
/ 2021/6/5 11:41:29
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【接續】四.
模具及模型修復原理與再設計
用一個(gè)實(shí)際的案例來(lái)說(shuō)明再制造模型修復。再制造模型修復在航空發(fā)動(dòng)機葉片修復領(lǐng)域具有非常現實(shí)的意義。
通常，飛機發(fā)動(dòng)機葉片，在飛機飛行一定時(shí)間段后，需要檢修，飛機發(fā)動(dòng)機葉片是重要的檢測項目，對惡劣工作環(huán)境產(chǎn)生的損壞必須進(jìn)修更換或修復。同理，模具使用的損壞可以采用同樣的技術(shù)進(jìn)行改造。覆蓋件模具中回彈變形，需要對模具進(jìn)行變更，采用同樣的模仿變形技術(shù)對模具進(jìn)行調整，然后進(jìn)行加工修復損傷的航空發(fā)動(dòng)機葉片。
首先，要根據損壞情況進(jìn)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(dòng)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(shí)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(huì )一致，如果按照理論CAD模型對葉片進(jìn)行再制造修復，將完全損壞該葉片，那么，我們就需要一個(gè)自適應當前零件狀態(tài)的修復方案，自適應實(shí)際零件和理論CAD關(guān)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(jìn)氣邊、出氣邊位置；自動(dòng)啟動(dòng)程序生成系統，同時(shí)根據葉身檢測獲得的進(jìn)氣邊、出氣邊也決定精確的榫頭位置，并生成進(jìn)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(gè)的制造過(guò)程，需要包括對經(jīng)過(guò)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(jìn)行數據采集，然后根據采集的數據進(jìn)行造型，獲得當前真實(shí)零件的CAD模型，然后和理論CAD模型進(jìn)行比對，在保證安裝榫頭一致的情況下，需要對葉身進(jìn)行自適應匹配，讓理論CAD模型按照相應的檢測規則自適應匹配到當前零件形狀，然后自動(dòng)編程系統開(kāi)始工作，生成數控加工設備加工代碼，驅動(dòng)數控機床完成葉片加工；加工完成后，設備啟動(dòng)在機檢測系統，對修復結果進(jìn)行驗證，完成一個(gè)工作。
五.增材制造和數控加工
關(guān)于3D打印取代傳統制造業(yè)的描述隨處可見(jiàn)，但作為制造業(yè)從業(yè)人員來(lái)說(shuō)，3D打印會(huì )帶來(lái)一些制造形式的變革，是增材制造的重要表現形式，部分取代傳統機械加工形式存在可能，但也需要非常長(cháng)的周期，我們這里把增材制造和數控加工用于再制造，分別取各自?xún)?yōu)勢。增材制造對損傷零件填補和增加材料，數控加工保障最終精度。對于增材制造來(lái)說(shuō)，如果過(guò)分強調精度，效率將會(huì )急劇下降，時(shí)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(jìn)行研發(fā)和使用。下面以一個(gè)機械零件修復（再制造）的流程簡(jiǎn)要說(shuō)明（下圖）。
這是一個(gè)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(shù)。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(huì )導致遠洋貨輪不能行進(jìn)；在云數據時(shí)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(guò)以下7個(gè)步驟來(lái)進(jìn)行：
1.從云端獲得設計3D CAD數據；
2.柔性制造單元對損壞零件進(jìn)行掃描；
3.對齊點(diǎn)云和設計3D CAD數據；
4.由點(diǎn)云形成STL模型；
5.設計3D CAD數據與缺損STL模型進(jìn)行布爾運算，獲得缺損部分3D CAD數據；
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(dòng)力頭后，采用數控加工刀具對激光熔敷堆積部分進(jìn)行精加工。
機械零件修復的流程
通過(guò)以上零件再制造流程的描述，包含STL模型和實(shí)體CAD模型的布爾運算，該功能是PowerSHAPE所特有的功能；同時(shí)，機器人的應用，由過(guò)去的點(diǎn)位驅動(dòng)，改變?yōu)榉滦渭庸ぃ枰С止I(yè)機器人編程的PowerMILL，機器人離線(xiàn)編程讓機器人具備數控機床的功能，同時(shí)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。
對于支持數控機床進(jìn)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(shù)，是首次把數控機床DNA信息，植入數控編程系統的軟件，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，依然不能脫離數控機床。
六.結語(yǔ)
隨著(zhù)數字化技術(shù)的不斷進(jìn)步，相應逆向掃描系統、數控機床等的普及，而提出一些創(chuàng )新思路，充分發(fā)揮再制造的功能，無(wú)疑對人類(lèi)社會(huì )的持續發(fā)展具備積極作用。
文中提到的航空發(fā)動(dòng)機葉片修復技術(shù)，也是國內外最為先進(jìn)的自適應加工系統的概述，同時(shí)也適用于與模具的修復。模具的數字化設計與制造技術(shù)的研發(fā)和應用情況與時(shí)俱進(jìn)，需要多學(xué)科技術(shù)的融合。關(guān)于模具復制的案例，也是我們在實(shí)際工作中的真實(shí)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。
