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極端制造,說得通俗一點呢,就是可以極端“大”也可以極端小,比如我國研發成功的一種挖掘機,斗容量有55立方米,是全世界最大的挖斗,可以容納一個樂隊在里面演奏。那小的有多小呢?現在做集成電路制版用的裝備,都是納米級的,只有90納米。極端大與極端小,是對科技實力的綜合考量,那么,這些讓人驚嘆的極端制造,到底是如何制造出來的?
新界限
北京機床研究所所長劉炳業說,加工精度始終是衡量現代數控機床技術發展水平的重要指標,但體現加工精度的效果如今已經不局限于尺寸精度、形狀精度以及表面粗糙度等方面,更體現在微結構的加工技術方面。
而加工技術的發展趨勢,現在可以明顯感知到的是,一方面局部加工的形狀尺度特征向精微方向發展,另一方面加工的整體形狀向大尺寸方向發展。
實際上,在科技創新的驅動下,微結構零件的應用非常廣泛,比如太陽能發電元件、手機導光板、液晶顯示器增亮膜、高速公路顯示板、復眼透鏡、衍射光柵、傳感器元件、二元光學元件、微型透鏡等。
“很多源于身邊事物的啟發。”劉炳業舉例說,比如有人發現水滴在荷葉上,總是會自覺呈現特定的形狀,這與荷葉的微型構造有關,那么就有發明家嘗試研制類似的平臺,來進行相應的運用,這就需要加工技術的跟進。
因此,大量帶有微結構的零件加工成為當前精密機床發展面臨的重要任務,而微結構的出現也使得機床的加工進入新的領域。
微結構的出現對機床加工提出了新挑戰,因為微結構尺寸的變化從幾百微米到幾微米不同,帶有微結構的整體零件的尺寸從毫米級到數米不同。但微結構的加工表面的質量都在納米級。這對機床的運動精度、運動的平滑性、阻尼特性都有新的要求,此外加工工藝、機床刀具、機床附件也都要發生新的變化。
而新的光學加工技術,如快刀伺服(FTS)、刨削加工、鑿削加工、確定性磨削等也在微加工技術發展中產生。現今用于加工大型圓柱面、圓端面、平面的微結構機床成為市場競爭的產品,此外納米壓印復制工藝技術相應也得到發展應用。
據劉炳業介紹,在微結構的制造設備領域,日本、德國、美國發展迅速,出現了很多新機床產品。典型的公司包括:東芝機械、發那科、不二越、庫格勒等。
他提到,近期微孔精密切削加工在此期間也得到了快速的發展,德國科恩公司的金字塔超精密機床,可以用同一把刀具在半導體陶瓷材料上加工上萬個直徑不超過0.1mm的微孔。
智能化要求高可靠性
與極限制造一樣,智能制造已經成為國際制造領域一種新的趨勢。自2011年德國在漢諾威博覽會提出“第四次工業革命”(工業4.0)以來,如今已經進入實施階段。
劉炳業說,“第四次工業革命”的目標是工廠智能化。2013年美國以制造業回流為主題,開啟智能時代的再工業化。日本在柔性制造的基礎上,形成了當今比較成熟的智能化制造技術。中國目前制造業勞動力成本的不斷上升,一些地區出現的“用工荒”也迫使制造企業向智能化方面轉型。
智能化制造技術的大趨勢,要求機床必須適應其使用要求,最典型的應用特征是要求各種配置的高可靠性,作為智能制造最基本的組成部分,機床設備的可靠性成為最主要的考核指標。
新界限
北京機床研究所所長劉炳業說,加工精度始終是衡量現代數控機床技術發展水平的重要指標,但體現加工精度的效果如今已經不局限于尺寸精度、形狀精度以及表面粗糙度等方面,更體現在微結構的加工技術方面。
而加工技術的發展趨勢,現在可以明顯感知到的是,一方面局部加工的形狀尺度特征向精微方向發展,另一方面加工的整體形狀向大尺寸方向發展。
實際上,在科技創新的驅動下,微結構零件的應用非常廣泛,比如太陽能發電元件、手機導光板、液晶顯示器增亮膜、高速公路顯示板、復眼透鏡、衍射光柵、傳感器元件、二元光學元件、微型透鏡等。
“很多源于身邊事物的啟發。”劉炳業舉例說,比如有人發現水滴在荷葉上,總是會自覺呈現特定的形狀,這與荷葉的微型構造有關,那么就有發明家嘗試研制類似的平臺,來進行相應的運用,這就需要加工技術的跟進。
因此,大量帶有微結構的零件加工成為當前精密機床發展面臨的重要任務,而微結構的出現也使得機床的加工進入新的領域。
微結構的出現對機床加工提出了新挑戰,因為微結構尺寸的變化從幾百微米到幾微米不同,帶有微結構的整體零件的尺寸從毫米級到數米不同。但微結構的加工表面的質量都在納米級。這對機床的運動精度、運動的平滑性、阻尼特性都有新的要求,此外加工工藝、機床刀具、機床附件也都要發生新的變化。
而新的光學加工技術,如快刀伺服(FTS)、刨削加工、鑿削加工、確定性磨削等也在微加工技術發展中產生。現今用于加工大型圓柱面、圓端面、平面的微結構機床成為市場競爭的產品,此外納米壓印復制工藝技術相應也得到發展應用。
據劉炳業介紹,在微結構的制造設備領域,日本、德國、美國發展迅速,出現了很多新機床產品。典型的公司包括:東芝機械、發那科、不二越、庫格勒等。
他提到,近期微孔精密切削加工在此期間也得到了快速的發展,德國科恩公司的金字塔超精密機床,可以用同一把刀具在半導體陶瓷材料上加工上萬個直徑不超過0.1mm的微孔。
智能化要求高可靠性
與極限制造一樣,智能制造已經成為國際制造領域一種新的趨勢。自2011年德國在漢諾威博覽會提出“第四次工業革命”(工業4.0)以來,如今已經進入實施階段。
劉炳業說,“第四次工業革命”的目標是工廠智能化。2013年美國以制造業回流為主題,開啟智能時代的再工業化。日本在柔性制造的基礎上,形成了當今比較成熟的智能化制造技術。中國目前制造業勞動力成本的不斷上升,一些地區出現的“用工荒”也迫使制造企業向智能化方面轉型。
智能化制造技術的大趨勢,要求機床必須適應其使用要求,最典型的應用特征是要求各種配置的高可靠性,作為智能制造最基本的組成部分,機床設備的可靠性成為最主要的考核指標。