西安市高陵區(qū)職業(yè)技術(shù)教育中心機械加工技術(shù)招生

制造技術(shù)是古老而又不斷刷新的生產(chǎn)技術(shù)。從18世紀起，在歐美就形成了近代機械制造業(yè)；第一次工業(yè)革命，到了19世紀又實現(xiàn)了制造機械化；這時，已經(jīng)形成了一整套傳統(tǒng)加工技術(shù)，即機械加工技術(shù)。  

隨著機械壽命和材料強度的提高，使難切削材料愈來愈多，產(chǎn)品集成化使零件愈來愈復(fù)雜，產(chǎn)品小型化又提出了微細加工的需要，以及加工過程要求易於自動化等，使傳統(tǒng)加工很難滿足社會對機械制造業(yè)日益提高的要求。從20世紀30年代到80年代，隨著制造技術(shù)與電力技術(shù)和電子技術(shù)結(jié)合，爆發(fā)了第一次制造革命。在這些年代，一個接一個的發(fā)明并在機械制造業(yè)應(yīng)用了一系列與傳統(tǒng)加工完全不同的新加工方法，這些方法統(tǒng)稱為特種加工，其中包括物理和化學(xué)加工，簡稱理化加工；電物理和電化學(xué)加工，簡稱電加工及其復(fù)合加工。  

從狹義加工到廣義加工  

無論是傳統(tǒng)加工還是特種加工，都有廣義加工和狹義加工之分。廣義加工包括：變形加工、接合加工、減材加工和改性加工等。  

變形加工簡稱成形，是由一定體積的材料使其變形成為所需形狀、尺寸和性狀的毛坯、半成品或零件的工藝方法。在傳統(tǒng)加工中變形加工有冷固態(tài)變形，主要靠超過材料彈性界限的機械力作用，例如冷鍛、冷壓、冷拔、冷軋和冷擠等；也有熱固態(tài)變形，主要靠熱能和機械力的作用，例如熱鍛、熱壓、熱拔、熱軋和熱擠等；此外還有液態(tài)變形或半液態(tài)變形，主要靠熱能，有時還加機械力的作用，例如鑄造、壓鑄和注射成形等。在特種加工中變形加工有放電成形、電磁成形和激光三維成形等。  

接合加工簡稱連接，是將兩種或兩種以上的材料或半成品連接在一起，使之成為半成品或零件的工藝方法。在傳統(tǒng)加工中接合加工有壓接、鉚接、焊接和膠接等。在特種加工中接合加工有放電沖擊焊接、電子束焊接、激光焊接和等離子焊接等。  

減材加工簡稱去除，是由大塊原材料或有余量的毛坯逐步去除多余的材料，而得到所需形狀、尺寸和性狀零件的工藝方法。在傳統(tǒng)加工中，減材加工主要利用機械力的作用去除原材料或毛坯的多余部分，即用高硬度的刀具切削原材料或毛坯使之變成零件，例如車、刨、剃、鋸、鉆、鏜、銑、拉、鉸、攻絲等切削加工和磨削加工。特種加工中減材加工有放電加工、電解加工、激光加工、超聲加工、電子束加工、化學(xué)加工、等離子加工和離子束加工等。  

改性加工簡稱處理，是用冷、熱和化學(xué)處理以及腐蝕、拋光、包涂、合金化和噴丸等來改變材料、毛坯、半成品或零件內(nèi)部、表層或表面的物理、化學(xué)或幾何等特性的工藝方法。  

狹義加工單指減材加工。雖然傳統(tǒng)加工和特種加工都包含著廣義加工，但它們都以減材加工為主要加工手段。隨著精密變形加工和精密接合加工技術(shù)的進步，機械制造業(yè)以減材加工為主要精加工手段的局面被打破，代之以各種廣義加工方法并用的局面。  

從減材加工到增材加工  

在進入20世紀90年代以來，面臨動態(tài)多變市場的機械制造業(yè)，產(chǎn)品周期縮短、產(chǎn)品更新加快、品種增多、批量減少；產(chǎn)品的質(zhì)量、價格和交貨期已成為增加企業(yè)競爭力的三個決定性因素。以減材加工為主要手段的制造業(yè)，難以滿足如上的要求。為此，隨著制造技術(shù)與材料技術(shù)、能源技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的結(jié)合，以增材加工為主要內(nèi)容的第二次制造革命就應(yīng)運發(fā)生了。  

增材加工簡稱生長，是用類似生長的方法逐漸增加材料，直到生成所需形狀、尺寸和性狀的樣件或零件。在傳統(tǒng)加工的基礎(chǔ)上，雖然有人試圖用形狀熔化或焊接，以及三維焊接來發(fā)展增材加工，但沒有取得實用性進展。後來又在特種加工的基礎(chǔ)上開發(fā)了增材加工。它是采用粘結(jié)、熔結(jié)和聚合作用或化學(xué)反應(yīng)等手段，選擇性地固化液體材料或粘結(jié)固體材料等，以此制造所需形狀、尺寸和性狀的零件。這種制造技術(shù)是一種多學(xué)科的綜合技術(shù)，包括：CAD技術(shù)、CNC技術(shù)、能源技術(shù)和材料技術(shù)等。采用這種制造技術(shù)可以在短短兩天給顧客制造新型樣件，它不是顯示在計算機屏幕上的畫面，而是一個實際物體。如顧客不滿意，可以立即在CAD系統(tǒng)中進行修改，再制造出一個新樣件，直到顧客滿意為止。專家預(yù)言，這種新型制造技術(shù)給制造業(yè)帶來的影響，可以同數(shù)控技術(shù)相媲美。最初人們把它叫做快速原型制造或快速成形，至今還廣泛使用這個名稱。  

目前已有多種增材加工方法，其中應(yīng)用較好的如化學(xué)法中的液態(tài)光敏樹脂選擇性固化、復(fù)合法中的紙基材料選擇性切割、熱物理法中的絲狀材料選擇性熔覆和粉末材料選擇性燒結(jié)，以及噴射法中的粉末材料選擇性粘結(jié)和基於創(chuàng)新的數(shù)字化噴射RP技術(shù)等。  

“快速原型制造”或“快速成形”這個名稱不是最合理，因為“快速”并非指加工速度快，而是指全部加工時間短；另外，現(xiàn)有的眾多方法早已超出“原型制造”的範圍。因此，采用“增材加工”這個名稱，足以概括全部方法和應(yīng)用，清楚地指出了加工原理，并能用其英文縮寫MAM清楚地與減材加工的英文縮寫MRM相對應(yīng)。  

從制造死物到制造活物  

自古以來，制造業(yè)一直制造死物，無法制造活物，因為它是人類的制造過程。自地球上有生命以來，生物界一直繁衍活物，不會繁衍死物，因為它是自然界的生命過程。但是，在制造業(yè)日趨信息化和生命科學(xué)走向工程化的今天，如果把制造工程、生命科學(xué)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、材料工程各領(lǐng)域的最新成果組合起來，使其彼此溝通，那麼制造業(yè)不僅能制造出無生命的復(fù)雜智能機器，而且還可利用基因工程的成就，制造出有生命、可供移植的器官和可供利用的仿生部件。  

腦與認知科學(xué)的成就將使部分地模擬腦功能和行為成為可能，人類進而在21世紀制造出可部分地模擬人類智慧的人造腦和機器人。這就形成了一種特殊的制造工程，即生物制造工程。生物制造工程不僅包括制造類生物或生物體，而且還包括利用生物的機能進行制造（基因復(fù)制、生物去除或生物生長）即自成形。  

從它成形到自成形  

在此以前不管是變形加工的塑性成形，還是接合加工的連接成形，也不管是減材加工的去除成形，還是增材加工的生長成形，它們都屬於它成形。所謂它成形，就是在外界強制作用下的成形。這種外界的強制作用如：熱熔金屬在模具中的澆鑄、靠熱和機械力作用下的模鍛、在超過材料彈性界限機械力作用下的模壓以及輪廓控制下的去除和生長等。隨?生物制造的需要，將有非常精巧、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)等待制造。它成形的加工方法已不能滿足生物制造日益提高的要求。因此，一種按生物生長、發(fā)育，在其內(nèi)在基因控制下，通過細胞并行分裂而進行的自成形，又稱自組織成形或自生長成形的加工新方法即將誕生。這種方法是仿生制造中最核心的問題。  

仿生制造技術(shù)屬於制造科學(xué)和生命科學(xué)的“遠緣雜交”，是模仿生物的組織結(jié)構(gòu)和運行模式的制造系統(tǒng)和制造過程的總稱。  

新的制造革命  

20世紀，人類已經(jīng)按照自己的意愿，設(shè)計出新的生物基因藍圖，然後像建筑工地那樣制造出全新的生命體?？寺〖夹g(shù)、人類干細胞培養(yǎng)、遺傳密碼破譯、人類基因組大規(guī)模測序計劃、轉(zhuǎn)基因技術(shù)等新技術(shù)層出不窮。  

20世紀90年代中國西安交通大學(xué)快速成形及制造研究中心與第四軍醫(yī)大學(xué)合作，已經(jīng)開始了人工生物活性骨骼的研究并取得了可喜的進展。美國約翰斯．霍普金斯大學(xué)威爾默眼科研究所的科學(xué)家和北卡羅來納州立大學(xué)的機械工程師，共同研制成功可使盲人重見光明的“眼睛芯片”。此外，美國Affymetrix公司已實現(xiàn)了DNA高密度的集成，目前已達到每個芯片上集成40萬種不同的DNA片段。  

21世紀，隨著生物技術(shù)、生命科學(xué)、材料科學(xué)等不斷融入先進制造技術(shù)，又必將使制造工程產(chǎn)生一場新的制造革命，這可能就是第三次制造革命。如前所述，叫做生物制造工程也好，叫做仿生制造技術(shù)也好?？傊皇抢没蚬こ痰某删?，制造出有生命，可供移植的器官和可供利用的仿生部件；二是按生物生長、發(fā)育，在其內(nèi)在基因控制下，通過細胞并行分裂進行自生長成形加工。這種制造方法可以生長任何人類所需要的產(chǎn)品，如人或動物的骨骼、器官、肢體，以及生物材料結(jié)構(gòu)的機械零件等?？梢栽O(shè)想，如果人們能將DNA中控制形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)與材質(zhì)的基因分離出來，加以破譯，并采用先進的“原子操作技術(shù)”組裝或修改基因，那麼有朝一日機器零件乃至整臺的機器可以在培育皿中從相應(yīng)的“種子”生長出來。將來微型機械的制造很可能向這方向發(fā)展。  

縱觀制造技術(shù)的發(fā)展，加工方法是這樣進步的：機械加工→物理與電物理加工→化學(xué)與電化學(xué)加工→生物或仿生加工，完全符合科學(xué)認識過程從簡單到復(fù)雜、從粗糙到細致的發(fā)展方向。