无中生有的高柔性制造技术

沈　彬

上海交通大学机械与动力工程学院

副研究员

1　工作原理与性能

高柔性制造技术可被看作是增材、减材制造技术与智能机器人、数字化制造、互联网与信息化技术在未来结合发展而成的一种先进制造技术形态，它能够高效、方便地在空无一物的空间中制造出数字模型所表述的物体，实现从无到有的制造过程。增材制造技术是一种通过逐层堆积材料的方式构建三维物体的先进制造技术，它由数字化三维模型直接驱动，大幅简化了传统制造流程，与数字制造技术以及互联网技术具有天然的融合性。传统减材制造技术也在发生深刻的改变，在许多领域，通用机床正被大量带有末端执行器的智能机械手取代，通过机械手之间的协作，高效完成大型零件、结构件的高效精密制造，实现生产过程的高度自动化和智能化。它们的结合应用必将带来新一轮的制造业变革，使得全世界范围内的分布式透明制造成为可能。在未来5 ～ 15年，适用于增材制造的各类新型材料将不断被开发出来，满足从宏观到微观尺度下各类零件与整体结构件的性能要求。大量传统制造过程中的通用数控机床将被带有同时具备增材与减材制造功能的末端执行器的智能机器人操作手取代，通过合理配合使用两种制造方式——增材制造过程制造出高质量毛坯，减材制造过程对毛坯进行精加工，实现从无到有的、具有高度柔性化的制造过程。

2　应用领域与前景

结合了增材和减材制造的高柔性制造技术将彻底改变现有的零件，尤其是大型结构件的制造方式，使其制造过程从传统的“零件制造到装配件制造”的流程改为整体结构件的一次成型。由于制造材料与制造过程均具有极高的柔性，这一制造过程可完全实现数字化自动控制，并且可广泛适用于从飞机制造到食品制作，从建筑建造到微细电子线路制造，从机械结构制造到生物结构（如人体器官）制造等诸多个领域的产品制造。

不仅在工业制造领域，该项制造技术的不断成熟与发展也将对人类日常生活造成颠覆性的变革。产品设计师的想象力获得极大的解放，种类繁多的可视化设计软件将出现，它们可以运行在多种电子设备平台上，在多个领域实现“所见即所想”的开发过程。大量专用产品的制造工厂或将消失，取而代之的是“通用工厂”，可生产从汽车到玩具、从衣服到食品等几乎所有的人类所需。任何人完成一项设计方案后，即可通过互联网将其提交到云端并被转化为一个制造任务；这个制造任务会按照用户的个性化需求在指定的时间被发往指定的“通用工厂”中进行生产，生产完毕后直接被自动递送服务交付到客户手中。采用这种制造模式，“隔空传物”在一定范围和领域内将被实现，当人们互相传递物品时，无需传递物品的实物，只需将物品的设计方案，或者是制造任务，提交到云端，并指定递送的时间地点以及收件人信息即可。未来社会的物流成本和交通压力也会因此而大幅降低，自然环境在最大程度上获得保护，整体社会效率获得显著提升。