【接续】四.模具及模型修复原理与再设计

用一个实际的案例来说明再制造模型修复。再制造模型修复在航空发动机叶片修复领域具有非常现实的意义。

通常，飞机发动机叶片，在飞机飞行一定时间段后，需要检修，飞机发动机叶片是重要的检测项目，对恶劣工作环境产生的损坏必须进修更换或修复。同理，模具使用的损坏可以采用同样的技术进行改造。覆盖件模具中回弹变形，需要对模具进行变更，采用同样的模仿变形技术对模具进行调整，然后进行加工修复损伤的航空发动机叶片。

首先，要根据损坏情况进行激光熔敷焊接，熔敷焊接属于增材制造的重要形式，飞机发动机叶片在工作是承载较强的力，通常叶身和理论CAD模型存在一定差异，但变形的叶片同时在允许的容差范围之内，而且不同的叶片变形状态也不会一致，如果按照理论CAD模型对叶片进行再制造修复，将完全损坏该叶片，那么，我们就需要一个自适应当前零件状态的修复方案，自适应实际零件和理论CAD关联，并生成自适应加工可使用模型，该模型处理了精确的进气边、出气边位置；自动启动程序生成系统，同时根据叶身检测获得的进气边、出气边也决定精确的榫头位置，并生成进气边、出气边及榫头加工程序。

把再制造融入智能化元素，整个的制造过程，需要包括对经过激光熔敷焊接的叶片，在特制的具备在机检测（Delcam OMV）功能的设备上进行数据采集，然后根据采集的数据进行造型，获得当前真实零件的CAD模型，然后和理论CAD模型进行比对，在保证安装榫头一致的情况下，需要对叶身进行自适应匹配，让理论CAD模型按照相应的检测规则自适应匹配到当前零件形状，然后自动编程系统开始工作，生成数控加工设备加工代码，驱动数控机床完成叶片加工；加工完成后，设备启动在机检测系统，对修复结果进行验证，完成一个工作。

五.增材制造和数控加工

关于3D打印取代传统制造业的描述随处可见，但作为制造业从业人员来说，3D打印会带来一些制造形式的变革，是增材制造的重要表现形式，部分取代传统机械加工形式存在可能，但也需要非常长的周期，我们这里把增材制造和数控加工用于再制造，分别取各自优势。增材制造对损伤零件填补和增加材料，数控加工保障最终精度。对于增材制造来说，如果过分强调精度，效率将会急剧下降，时间成本将难以承受。

研究增材制造和3D打印的机构，较多都计划或采用工业机器人的形式进行研发和使用。下面以一个机械零件修复（再制造）的流程简要说明（下图）。

这是一个有设计3D CAD模型的案例，基于原理，对模具的损坏或修改也可以采用同样的技术。该零件因使用原因损坏，该项目可以假设是远洋货轮上，该零件的损坏，会导致远洋货轮不能行进；在云数据时代，该远洋货轮配备有以工业机器人为核心的一套柔性制造单元，对损坏的零件，根据需要，通常需要通过以下7个步骤来进行：

1.从云端获得设计3D CAD数据；

2.柔性制造单元对损坏零件进行扫描；

3.对齐点云和设计3D CAD数据；

4.由点云形成STL模型；

5.设计3D CAD数据与缺损STL模型进行布尔运算，获得缺损部分3D CAD数据；

6.机器人柔性单元采用激光熔敷堆积缺损部分；

7.采用机器人安装动力头后，采用数控加工刀具对激光熔敷堆积部分进行精加工。

机械零件修复的流程

通过以上零件再制造流程的描述，包含STL模型和实体CAD模型的布尔运算，该功能是PowerSHAPE所特有的功能；同时，机器人的应用，由过去的点位驱动，改变为仿形加工，需要支持工业机器人编程的PowerMILL，机器人离线编程让机器人具备数控机床的功能，同时具备足够的“柔性”，但不可回避的是，一般的机器人本身的定位精度0.1-0.2之间；达到真正的高精度有一定差距，但其优势同样不可否认。

对于支持数控机床进行模具高效加工，PowerMILL同样具有非常大的优势，最新的Machine DNA & Vortex技术，是首次把数控机床DNA信息，植入数控编程系统的软件，对于提高零件、模具加工效率非常有意义。

模具和部件的再制造，依然不能脱离数控机床。

六.结语

随着数字化技术的不断进步，相应逆向扫描系统、数控机床等的普及，而提出一些创新思路，充分发挥再制造的功能，无疑对人类社会的持续发展具备积极作用。

文中提到的航空发动机叶片修复技术，也是国内外最为先进的自适应加工系统的概述，同时也适用于与模具的修复。模具的数字化设计与制造技术的研发和应用情况与时俱进，需要多学科技术的融合。关于模具复制的案例，也是我们在实际工作中的真实案例。文中提到的机器人熔敷加工，同样属于3D打印的一种形式。