一种基于云制造的模具快速成型方法与流程

本发明涉及一种模具快速成型方法，特别是涉及一种基于云制造模式的跨企业的云端协作模具快速成型方法。

背景技术：

云制造可以将产品生产制造过程中所需的各项资源推到云端，突破企业在资源环境上的束缚，帮助企业按需获取和优化配置各自所需的制造资源和制造能力。在云制造模式中，由制造企业或具有设计能力的个人形成动态联盟，构建起虚拟社交环境，并将设计、生产等环节的资源(如计算资源、存储资源、工业设计软件、在线3d打印资源等)作为云端服务通过互联网开放，使企业设计、生产过程中需要的各种资源与能力完成在线对接与使用。在模具的生产加工中，应用云制造服务平台吸引优秀的模具设计师或企业组建虚拟的模具设计集群，为模具使用企业提供高端专业的设计人力资源；在线模具设计分析软件及模型在线协同交互大幅降低设计成本、提高工作效率；在线3d打印技术的应用替代传统的机械加工方式，大幅缩短模具生产加工周期。

模具行业与制造业的各个领域都存在紧密联系，两者是高度相互依存的。无数产品的部件都要通过模制或铸模来制造，制造模具能够在保证产品质量的同时提高生产效率和产品利润。通常，生产中使用的模具多是经过机械加工(车、铣、刨、钻、磨、镗和电火花加工等)而成，而模具设计生产多是通过整体外包形式完成。在模具的加工生产中，得益于近现代数控技术发展，以多坐标加工机床、加工中心、柔性单元与柔性系统，以及高速切削等为代表的先进技术引进及使用，磨具的加工周期比原有传统方法大幅缩短。但迄今为止，模具生产过程中的每道工序并无重大改变，仍然存在调整时间长、复杂刀具轨迹的自动生成困难等影响模具生产周期的问题。当产品的生产批量较小时，模具制作工时与成本分摊到每件产品上的数值更大，上述问题更为突出。机械加工模具的方法柔性较差，一旦模具设计发生些许变动，原有模具难以修改，几乎不得不重新制作。更重要的是，由于模具设计环节通过委外加工方式完成，模具设计过程通过外部设计师、团队或企业异地完成，设计团队的水平参差不 齐，同样造成设计结果交付及改动需要耗费大量的时间，进一步延长模具的生产加工周期。

目前，我国模具企业的专业化程度越来越高，企业间的相互合作日显重要，由于模具制造一般是单件小批生产，因而模具企业间的合作是松散的、间歇的，只是由于某一套特定的模具使其相互联系在一起。针对模具产业现状，利用“云制造”模式将模具设计、制造全生命周期过程中所需要用到的各种资源聚合在一起，形成模具设计制造资源池，把分布在不同地区的模具企业连接到该平台上，利用这种效应使企业无论身处何地，规模大小，均可通过该平台，优势互补，共享资源和技术，分担投入和风险，以最快的速度形成具有优势的敏捷生产体系，从而快速地响应市场机遇，达到快速、优质、高效、低成本地产出模具产品的目的。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种基于云制造的模具快速成型方法，该方法的步骤包括

s1、基于模具云制造服务平台，建立模具需求方、模具设计团队/企业、模具快速成型服务商的在线需求交互，并确定对应模具需求方的模具模型设计方案；

s2、基于模具云制造服务平台对需求方的模具进行在线设计分析，获得模具设计方案的模型文件；

s3、利用三维模型的跨组织交互迭代，对模具设计方案的模型文件进行多次修改及完善，并将模具设计方案的终版模型文件提交给模具需求方；

s4、基于模具云制造服务平台，将不同格式的模型文件进行转换，获得标准stl格式文件的模型文件；

s5、基于模具需求方和模具快速成型服务商的沟通，利用标准stl格式文件的模型文件，进行模具的生产制造。

优选的，所述步骤s1包括：

s11、模具快速成型服务商通过平台在线发布相应的制造资源和设计服务能力，形成特定区域内的模具快速成型服务资源池；

s12、模具需求方通过模具云制造服务平台发布模具加工需求，平台通过智能推荐系统为模具需求方寻找符合要求的模具设计团队/企业，或通过自寻的方式完成模具设计需求的在线对接；

s13、根据在线需求交互，确定任务承接方开展模具模型的设计工作，并确定对应模具需求方的模具模型设计方案。

优选的，所述步骤s2中在线设计分析包括利用cad软件进行实体建模或利用三坐标测量仪或三维扫描仪获得“点云”，然后对收集的“点云”进行重构，从而获得产品数字模型。

优选的，所述步骤s3中三维模型的跨组织交互迭代包括

s31、模具设计人员基于模具云制造服务平台，对步骤s2中在线设计分析后的模具设计方案的模型文件进行统一管理；

s32、模具设计人员基于模具云制造服务平台，设置模型文件的访问权限，并将模型文件在线提交至模具需求方进行审查；

s33、模具需求方组织相关专业人员对模型文件进行沟通讨论，基于模型标注、留言、线下沟通等方式提出修改意见，基于模具云制造服务平台在线反馈至模具设计人员；

s34、模具设计人员按照修改意见进行模型文件的修改和完善；

s35、重复步骤s33和s34，直至获得模具设计方案的终版模型文件。

优选的，所述步骤s5包括

s51、模具需求方或者承接任务的模具设计团队/企业通过模具云制造平台在线寻找匹配模具快速成型服务商，通过线上模型、线下沟通方式确定模具产品的规格、性能、强度和精度指标的可行性；

s52、模具快速成型服务商对模具生产制造进行在线需求响应及报价；

s53、模具需求方或者承接任务方根据报价情况确定最终模具快速成型服务商，并选择合适的在线快速成型服务设备；

s54、模具快速成型设备根据模具需求方或者任务承接的模具设计团队/企业在线提交模具快速成型所需参数，自动开始模具的生产加工；

s55、依照步骤s51约定的规格、性能、强度和精度指标，模具快速成型服务商对步骤s54中加工的模具进行后期处理加工，完成模具产品的生产制造。

优选的，该方法进一步包括步骤s6、模具快速成型服务商通过线下物流方式将模具成品件配送至模具需求方。

本发明的有益效果如下：

本发明所述技术方案与现有技术相比：

1)模具加工精度、能力提升

模具快速成型方法提高了模具的加工精度，部门试点企业模具精度由0.1mm提高至0.025mm，有效地提升自身产品的供应质量。更重要地是高精度、复杂模具的成型加工，丰富了企业的产品种类，提高了产品品质，为其赢得了更多优质的客户，也促进了企业新客户的开发和更多业务的开拓。

2)模具生产周期缩短

模具快速成型方法缩短了整个产品生产交付周期，并成为驱动创新的源头。以往由于考虑需要投入大量成本制造新的模具，企业可能会选择推迟或放弃部分客户订单。快速成型模具方法将加工时间缩短至原来的几分之一甚至是几十分之一，大幅降低模具的生产准备时间，使企业能够承受得起模具更加频繁的更换和改善，满足更苛刻的客户需求，创造更高的经济价值。

3)降低模具加工生产成本

一些企业的模具多是一些小的、不连续的产品，材料以金属为主。基于云制造的金属3d打印快速成型方法在大型产品加工的成本消耗上不具备优势，但在此类模具生产上具有经济优势，因为这些产品的固定费用很难摊销。通过应用基于云制造的模具快速成型方法，该类型模具产品采购成本降低了10％左右。

4)定制模具帮助实现最终产品的定制化

制造更为复杂几何形状的能力，使得企业能够制造大量的个性化模具来更好地支撑定制产品的制造。针对某些企业个性化产品需求大、要求高的特点，基于云制造的模具快速成型方法非常利于定制化生产。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；

图1示出基于云制造的面向模具行业的社会化组合服务模式的示意图；

图2示出面向模具行业的在线资源多层次技术架构的示意图；

图3示出传统模具成型方法与本发明所述一种基于云制造的模具快速成型方法的对比示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应 当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

在保证模具设计模型数据安全、方便快速接入的前提下，云制造服务平台通过线上寻源模式将模具使用企业的复杂模具设计需求分发给社会上优秀的自由设计师或企业；通过在线模具设计软件的高效使用提供给设计师成本低廉的在线设计平台，提供给双方安全、便捷的设计模型在线标注交互平台；通过在线3d打印新技术的应用，完成对设计模型的快速成型，替代传统的机械加工过程，并通过物流系统配送至需求方完成模具性能验证及交易。

1、模具行业云制造社会化服务业务流

如图1所示，在云制造服务平台上，模具需求企业在线发布模具需求，模具使用企业与模具设计师、加工生产服务企业成为商友。个人设计师或企业通过在线的需求搜索获取模具设计任务，依据需求中的描述、逆向设计等要求，利用云资源开展线上设计，应用云制造平台的模型在线提交与展示权限开放功能完成与需求方之间的迭代设计、交互，最终完成模具设计。需求方确认设计模型合格后，对设计者进行在线支付并进行评价。利用云制造平台中接入的3d打印高新新技术服务，将模型经过转化成stl格式后，在线提交至模具快速成型加工服务商完成生产，通过线下物流系统配送至需求方，以便对成型模具进行验证，最终完成与模具快速成型服务商的完整交易。

2、面向模具行业的在线资源多层次技术架构

如图2所示，基于对“云制造”的认识，根据模具设计、制造过程及其特点,提出了一种面向模具行业的在线资源池体系结构。

建立以cad软件为基础的平台模具设计资源池，设计人员可以利用cad软件在线进行实体建模、设计及模型转换等工作，最终形成模具的数字模型；建立cae软件平台模具模型分析资源池，cad资源建立的模具数字模型可以被方便地导入各种有限元分析软件中进行计算、分析，优化模具结构，修改不恰当的设计，然后进行仿真分析；建立依托3d打印技术的模具快速成型服务聚合资源池，将满足模具制造行业制造要求的各类模具3d打印设备资源接入模具云制造平台，以云端服务的形式通过互联网对外提供服务。

3、基于云制造的跨企业三维模型交互

面向模具行业的云制造平台提供基于浏览器的在线预览、标准2d/3d模型。利用javaapplet技术，用户无需安装复杂的客户端产品，打开浏览器即可建立与服务器端的安全连接。模具的数字化模型存储在服务器端，服务器端将模型 处理后以流数据形式传输到浏览器端。用户本地并没有接收完整的模型文件，流数据技术的使用可以在保证模具模型完全浏览的基础上，大幅度减少网络传输数据量，减轻网络带宽压力，降低平台使用门槛。在进行模具的数字化设计模型提交和会签时，可对上传到云制造平台的模型文件进行权限控制，用以限定任务接收方是否能够下载、是否能够标注，有效地保证模具模型的安全性。

基于上述技术手段，本发明公开了一种面向模具行业的云制造服务平台的模具快速成型方法，该方法具体应用包括以下几个步骤：

s1、模具设计需求的在线对接

在模具云制造服务平台上，模具需求方、模具设计团队/企业、模具快速成型服务商在线成为平台上的主体。模具快速成型服务商通过平台在线发布相应的制造资源和设计服务能力，形成特定区域内的模具快速成型服务资源池。模具需求方通过模具云制造服务平台发布模具加工需求，平台通过智能推荐系统为模具需求方寻找符合要求的模具设计团队/企业，也可通过自寻的方式完成模具设计需求的在线对接，最终确定任务承接方开展模具模型的设计工作。

s2、基于云制造资源的在线模具模型设计分析

依托模具云制造服务平台上的模具设计分析在线资源池，任务承接方开展模具的在线设计工作。

s3、基于三维模型的跨组织交互迭代

模具云制造平台提供基于三维模型的跨组织交互迭代功能满足在模具设计过程中的多次沟通交流及修改完善。任务承接方完成模具产品的设计定型工作，形成初版的模具设计模型，在线提交给模具需求方。任务承接方在提交过程中可以设定模具设计模型是否可下载、是否可标注等模型处理权限，在需求方留言方式的基础上进一步提供基于模型标注的跨组织交互方式。基于模具云制造平台，模具需求方与承接方完成多轮的跨组织交互沟通，最终形成终版的模具产品数字设计模型。

s4、模型文件格式转换

模具云制造服务平台提供模型在线转换服务，将各类不同的模型设计文件转换成统一标准的stl格式模型文件，将各类不同的模型文件转换成快速成型设备资源能够识别的标准stl格式文件。

s5、模具产品快速成型

拥有最终模型设计文件的模具需求方按需寻找匹配满足条件的模具快速成型服务商，开始模具在线快速成型及后期加工处理的生产制造过程，形成最终的模具产品。

s6、线下物流配送

模具快速成型服务商通过线下物流方式将模具成品件配送至模具需求方。

下面通过一组实施例对本发明做进一步说明：

如图3所示，一种基于云制造的模具快速成型方法的具体步骤包括：

步骤s1、模具设计需求的在线对接

在模具云制造服务平台上，模具需求方、模具设计团队/企业、模具快速成型服务商在线成为平台上的主体。模具快速成型服务商通过平台在线发布相应的制造资源和设计服务能力，形成特定区域内的模具快速成型服务资源池。模具需求方通过模具云制造服务平台发布模具加工需求，平台通过智能推荐系统为模具需求方寻找符合要求的模具设计团队/企业，也可通过自寻的方式完成模具设计需求的在线对接，最终确定任务承接方开展模具模型的设计工作。

步骤s2、基于云制造资源的在线模具模型设计分析

依托模具云制造服务平台上的模具设计分析在线资源池，任务承接方开展模具的在线设计工作。模具的设计、制造由两条路线开始：一种是根据产品的零件图进行相关模具设计制造，设计人员直接利用cad软件进行实体建模；另一种是根据模具产品的实物进行相关开发，利用三坐标测量仪或三维扫描仪获得“点云”，然后对收集的“点云”进行重构，从而获得产品数字模型。最后，将上述两种情况产生的模具产品数字模型导入cad软件相应的模具设计模块进行模具设计，得到可加工调整的模具设计模型。

步骤s3、基于三维模型的跨组织交互迭代

模具云制造平台提供基于三维模型的跨组织交互迭代功能满足在模具设计过程中的多次沟通交流及修改完善。任务承接方完成模具产品的设计定型工作，形成初版的模具设计模型，在线提交给模具需求方。任务承接方在提交过程中可以设定模具设计模型是否可下载、是否可标注等模型处理权限，在需求方留言方式的基础上进一步提供基于模型标注的跨组织交互方式。模具云制造平台基于互联网实现了跨组织的模具产品数字化模型的在线交互功能，打破模具本地化设计壁垒，有助于引进更多的异地高端设计能力，解决企业内产品设计加工的瓶颈问题。

模具云制造平台提供的在线三维模型跨组织交互迭代功能主要流程如下：

步骤s31、模具设计人员完成第二步的在线模具模型设计分析工作确定最终的模具产品数字模型，通过平台的模具模型文件管理功能进行统一管理；

步骤s32、模具设计人员设置模型文件的访问权限(是否可下载、时候可标注)，完成后将模型文件在线提交至模具需求方进行审查；

步骤s33、模具需求方组织相关专业人员对模型文件进行沟通讨论，基于模型标注、留言、线下沟通等方式提出修改意见，在线反馈至模具设计人员；

步骤s34、模具设计人员按照修改意见进行模型修改完善；

步骤s35、重复步骤s33和s34直至达到模具需求方通过审查。

经过上述步骤，模具需求方与承接方完成多轮的跨组织交互沟通，最终形成终版的模具产品数字设计模型。

步骤s4、模型文件格式转换

因各个设计团队/单位采用的设计软件不同，经过上述步骤产生的模具产品数字设计模型格式标准不一。为满足模具快速成型服务商的加工生产，需要将各类不同的模型文件转换成3d打印设备资源能够识别的标准stl格式文件。模具云制造服务平台提供模型在线转换服务，将各类不同的模型设计文件转换成统一标准的stl格式模型文件。

步骤s5、模具产品快速成型

拥有最终模型设计文件的模具需求方按需寻找匹配满足条件的模具快速成型服务商，开始模具的生产制造。最终确定模具设计模型之后，模具产品快速成型过程如下：

步骤s51、模具需求方或者任务承接方通过模具云制造平台在线寻找匹配模具快速成型服务商，通过线上模型、线下沟通方式确定模具产品的规格、性能、强度、精度等指标的可行性；

步骤s52、模具快速成型服务商对模具生产制造进行在线需求响应及报价。

步骤s53、模具需求方或者任务承接方根据报价情况确定最终模具快速成型服务商，并选择合适的在线快速成型服务设备；

步骤s54、模具需求方或者任务承接方在线提交模具快速成型所需参数(包括颜色、材质、精度等)，模具快速成型设备依据参数自动开始模具的生产加工；

步骤s55、依照步骤s51约定的规格、性能、强度、精度等指标，模具快速成型服务商对步骤s54加工的模具进行后期处理加工，最终完成模具产品的生产制造。

步骤s6、线下物流配送

模具快速成型服务商通过线下物流方式将模具成品件配送至模具需求方。

综上所述，本发明所述技术方案具有以下几个突出特点：

1、模具行业云制造社会化服务业务流

在模具的生产加工中，应用云制造服务平台吸引优秀的模具设计师或企业组建专业的模具设计社区，为模具使用企业提供高端专业的设计人力资源；在线模具设计分析软件及模型在线协同交互大幅降低设计成本、提高工作效率；制造企业根据自身的实际业务需求，基于互联网化的云制造平台在线提交个性化模具的模型文件，通过配置精度、材质、服务商等条件自动完成模具的制造业务；借助线下物流配送运输至制造企业，最终实现线上模具加工与线下产品生产的混合制造新模式。

2、面向模具行业的在线资源多层次技术架构

根据模具设计、制造过程及其特点，提出了一种面向模具行业的在线资源体系结构。建立以cad软件为基础的平台模具设计资源池，设计人员可以利用cad软件在线进行实体建模、设计及模型转换等工作，最终形成模具的数字模型；建立cae软件平台模具模型分析资源池，cad资源建立的模具数字模型可以被方便地导入各种有限元分析软件中进行计算、分析，优化模具结构，修改不恰当的设计，然后进行仿真分析；建立依托3d打印技术的模具快速成型服务聚合资源池，将满足模具制造行业制造要求的各类模具3d打印设备资源接入模具云制造平台，以云端服务的形式通过互联网对外提供服务。

3、基于云制造的跨企业三维模型交互

模具需求方、设计方以及加工生产服务商在线开展多方沟通交互，确保模具三维模型的需求契合度和生产工艺可行性。在线交互各方通过对同一模具模型进行三维标注与意见交互，对模具规格、设计指标、工艺可行性等进行沟通确认，最终形成可以加工生产的模具三维模型。

本发明所述技术方案与现有技术相比：

1)模具加工精度、能力提升

模具快速成型方法提高了模具的加工精度，部门试点企业模具精度由0.1mm提高至0.025mm，有效地提升自身产品的供应质量。更重要地是高精度、复杂模具的成型加工，丰富了企业的产品种类，提高了产品品质，为其赢得了更多优质的客户，也促进了企业新客户的开发和更多业务的开拓。

2)模具生产周期缩短

模具快速成型方法缩短了整个产品生产交付周期，并成为驱动创新的源头。以往由于考虑需要投入大量成本制造新的模具，企业可能会选择推迟或放弃部分客户订单。快速成型模具方法将加工时间缩短至原来的几分之一甚至是几十分之一，大幅降低模具的生产准备时间，使企业能够承受得起模具更加频繁的更换和改善，满足更苛刻的客户需求，创造更高的经济价值。

3)降低模具加工生产成本

一些企业的模具多是一些小的、不连续的产品，材料以金属为主。基于云制造的金属3d打印快速成型方法在大型产品加工的成本消耗上不具备优势，但在此类模具生产上具有经济优势，因为这些产品的固定费用很难摊销。通过应用基于云制造的模具快速成型方法，该类型模具产品采购成本降低了10％左右。

4)定制模具帮助实现最终产品的定制化

制造更为复杂几何形状的能力，使得企业能够制造大量的个性化模具来更好地支撑定制产品的制造。针对某些企业个性化产品需求大、要求高的特点，基于云制造的模具快速成型方法非常利于定制化生产。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。