09.03 現代製造業的機械技術清單

如今的製造業廣泛依賴於各類機械技術,其中包括已經擁有超過一個世紀的成熟技術方案,以及各類前沿創新型工具。以加法與減法制造、計算機輔助設計與製造(computer-aided design and manufacturing,簡稱CAD/CAM)以及激光製造等流程為代表的技術方案,使得製造類企業得以更好地響應市場需求的快速變化。

增材製造(Additive Manufacturing,簡稱AM)是指導通過材料分層堆疊的方式構建產品; 其亦被廣泛視為3D打印的同義詞。不過二者之間仍然存在一定區別:前者往往部署於規模化製造環境當中,而3D打印則更多以消費者為中心且與創客活動有關。這方面的實例包括製造具有複雜幾何開關的部件,這類部件往往很難通過傳統生產工藝進行製造。

增材製造的另一種用途在於快速原型製造(rapid prototyping,簡稱RP),其中的各零件或組件的比例模型可在全面投產之前進行試驗性製作。快速原型製造技術的發展,使得小批量生產高質量零件成為可能,且成本仍然處於合理範圍之內。

與增材製造直接相關的技術為計算機輔助設計(computer-aided design,簡稱CAD),其負責為增材結構提供必要的幾何數據。由CAD軟件生成的三維渲染結果以及由掃描儀生成的二維平面,皆可作為此類數據的基礎。

當然,CAD也被廣泛應用於其它製造流程當中。計算機輔助製造(簡稱CAM)就使得CAD工藝更進一步,能夠利用軟件控制機床對金屬等剛性原材料進行切割及成型——這一過程亦被稱為“加工”。由於加工技術一般涉及對受控材料進行多餘部分消除,因此被統稱為減法制造。

現代製造業的機械技術清單

圖:機械技術間對應關係的實例。金屬部件頂端視角的CAD模型,該部件由0.5毫米厚的不鏽鋼材料通過激光切割製造而成。

激光製造技術也已經在加法與減法制造領域佔據有一席之地。一部分最早的3D打印技術即基於立體光刻技術(stereolithography,簡稱SLA),這是一種發明於上世紀八十年代中期的增量製造系統。其利用此外激光固化光聚合物,進而形成製造物體的各層。如今的製造行業正在利用選擇性激光燒結(selective laser sintering,簡稱SLS)與選擇性激光熔化(selective laser melting,簡稱SLM)等擴展性技術應用——二者皆通過融合粉末材料以形成堅固的結構。

激光器的減少製造應用的歷史更為悠久,且目前仍得到廣泛使用。激光加工的例子包括常見於板材、結構與管道材料的激光切割;用於外科手術管材等醫療器械的激光鑽孔; 以及在汽車工業中得到大量應用的激光焊接鎖孔製造技術。

現代製造業的機械技術清單

Epilog的光纖激光器系列設備亦可改變金屬等材料的外觀。通過控制加熱與冷卻,激光將可形成光滑且閃亮的表面效果——行業亦將此稱為激光拋光或鏡面處理。此類應用包括建築標牌與高端標籤。此外,在利用激光將金屬加熱至接近熔點,而後進行緩慢冷卻時,這一退火過程將可產生彩虹般的標記。該項技術常被用於製造人體內使用的醫療設備。

Epilog FiberMark等激光器亦可實現真正的加工技術,例如以受控蝕刻方式去除目標材料的特定部分。蝕刻屬於一種淺雕刻工藝,在製造業中常用於生產帶有序列號、徽標或條形碼的工具及零件。

從這份簡短的清單可以看到,現代製造業所涉及的機械技術種類繁多、用途各異。此外,這些技術亦常被聯繫在一起——某一技術的發展亦會推動其它技術的進步。雖然前景尚有待觀察,但其發展潛力無疑是巨大的。


分享到:


相關文章: