解（jiě）析增（zēng）材和減材製造（zào）的混合加工技術
點擊量：1019 發布時間：2017-05-05 作者：快猫视频APP下载安装（上海）增材製造技術有限公司
當考慮一個零件是用增材製造還是用減材製造時，一般來說會考（kǎo）慮其複雜性。對於高複雜（zá）性的零部件來說，增材製造是一種必然選擇，因（yīn）為它能賦予完整的幾何自由度去構建具有複雜內部結構和功能的零部件。基（jī）於數控加工的減（jiǎn）材製造對於常規形狀的零件來說能（néng）實現高的生（shēng）產效率以及非常緊密的公差（chà）。因此，越是複雜的零部件，就（jiù）越適合用增材製（zhì）造技術，需要說明的（de）是，如果零件規格要求更嚴格的公差，通常需要用傳統的方法。
但是，這兩種方法都有著（zhe）各自（zì）的優點和局限性。激光燒結增材製造本（běn）質上是用激光光束沿著工具路徑來熔化昂貴的粉末，一次隻創建一個零件（jiàn）的一層。這個過程比傳統的數控金屬加工（gōng）速度（dù）至少慢了一個數量級。要達到減材製造的速度需要權衡三維中每一層的（de）厚度（dù）。你可以用更高的能量（liàng）輸入或是生成更厚的（de）粉（fěn）末層（céng）或是更快（kuài）的成型以提高生（shēng）產率，但表麵光潔度會受影響。或（huò）者你可以接受一個（gè）緩慢的過程，來形（xíng）成較小的層，獲得更好的表麵（miàn）光潔度。
甚（shèn）至可能接受更慢的過程，來形成（chéng）更薄（báo）的層，以獲得更好的表麵光潔度（dù）。在某些類型的數控機床（chuáng）平台，你仍需要後沉積工序。這就是增（zēng）材製造和減材（cái）製造的“鬥（dòu）爭”所在。這兩（liǎng）種技術被視（shì）為互相（xiàng）競爭（zhēng）性的技術，而不是彼此互補。而現在，我們在它們（men）之間搭（dā）建起了“橋梁”（見左圖）。
混合加工技術（shù）能提供從純粹的增（zēng）材到減材製造之間（jiān）的全麵選擇。混（hún）合加工就是這（zhè）座“橋梁”，我們可（kě）以將這兩種技術融合（hé）在一起，來打印材（cái）料，在已有的零部件上添加金（jīn）屬，從無到有構建零件，然後把它們融合在一起。
混合加工
大（dà）部分情況下（xià），增材製造的零部件不能滿（mǎn）足傳統加工的需（xū）求。有些功能（néng）對表麵光潔度或公差有要求，而這不（bú）能（néng）通過直接材料（liào）沉積來獲得。在CNC數控機床上增加定向的能量沉積，將能結合金屬3D打印（yìn）的（de）複雜性以及（jí）傳（chuán）統數（shù）控加工的表麵光潔度。
這種混合加工係統可以通過實現較厚的沉積層來最大限度（dù）地提高增材製造的生產率（lǜ），因為能在同一台機器內提高表麵光潔度。通過采用一個非常精密的機床，再加上（shàng）一種調整過的沉積噴嘴，該機器可（kě）以從無到有打印零部件或是將材料增加到已有的工件上，然後按照指令進行（háng）加工。你（nǐ）可以先（xiān）打印一（yī）點，然（rán）後將（jiāng）噴嘴（zuǐ）換成銑削刀具（jù）進行加工，為下一層沉積做表（biǎo）麵處理，再換回噴嘴來沉積下一層材料。或者你也可以打印直到成品完成，然後再加工這個（gè）零件。
在Mitsui Seiki（三井精機），我們的混合加工係統是一個5軸加工中（zhōng）心平台，精度為15μm，15,000至30,000rpm的（de）CAT或（huò）HSK主軸。和主軸保持一致的噴（pēn）嘴、光纖激光器（qì）、粉末的進料（liào）係統，將這（zhè）些集成到一台加工中心中，我們就得到（dào）了一個可以在常規（guī）數控加工和增材製造之間來（lái）回改變的混合加工係統。
將噴嘴直接（jiē）載入換刀裝置，就像其他常規的銑（xǐ）削刀具（jù）一樣，多個噴嘴可以支持不同的粉末流速和激光加工工（gōng）藝。可以（yǐ）最大限度地挖掘其他噴嘴的潛力，來進行局部熱處理、表麵（miàn）清洗、部分幹燥、燒掉冷卻劑、為下一層做表（biǎo）麵處理，甚至還可以進行激光鑽孔或激光切割。憑借這種（zhǒng）混（hún）合加工方法，您可以從無（wú）到有地（dì）打印整個零（líng）部件（jiàn），或（huò）是將材料添加到現有的（de）零部件上，或是回收磨損零件來提高（gāo）耐磨（mó）損（sǔn）性，或是修複損壞的零件。
應用
這項技術（shù）可以應用在航空發動機渦輪維修方麵——高（gāo）壓渦（wō）輪壓縮機葉片、低（dī）壓（yā）葉片、渦（wō）輪、大葉輪和高壓渦（wō）輪部分。30多年來，這已經（jīng）在某些案例中得（dé）到了很好地應用。然而，在同一（yī）平台（tái）上現在不能有效地修複零件和進行焊後加工。我們可以在增材製造工藝中（zhōng）加入一個機器之外的檢測係統來掃描已有的零件。
該掃描將生成針對CAD模型版本的點雲數據。然後可（kě）以自動生成刀具路徑（jìng），從而為一個零件在增材和減材製（zhì）造之間的來回轉（zhuǎn）換做好準備（bèi）。我們的目（mù）標是最終無（wú）需（xū）任何工程（chéng）幹預（yù）就能（néng）做到這一點，能正確（què）地從一（yī）個工序進入到下一步（bù）工序。
同時這項（xiàng）技術（shù）也有可能用於修複零部件，否則這（zhè）些零件在傳統加（jiā）工環境中會因（yīn）為（wéi）機（jī）器崩潰或刀具破損而報廢。與其報廢一（yī）個價（jià）值數以十萬計美元的零部件，顯然修複（fù）方案更為經濟，公司可以將破損工件（jiàn）的掃描數據與CAD文件進（jìn）行比較（jiào），然後生（shēng）成增材/減材製（zhì）造的（de）刀具路（lù）徑，來修複損（sǔn）壞的地方。
未來的激光（guāng）選擇
三井精機的混合加工中心（xīn）可以（yǐ）更換激光頭，也可以用同樣的方式更（gèng）換切削工具。
激光燒結通常隻需（xū）要100W的激光（guāng）來通過微銑削去除材料（liào）。一般（bān）用（yòng）於激光沉（chén）積的2kW激光不（bú）能縮小到100W。但是，展（zhǎn）望未來的發展，我們可以創（chuàng）建一個能在高功率和低功率激光之間靈活切換的係統（tǒng）。未來的（de）係統可（kě）以用激光燒結對零部件進行（háng）微銑削、增材製造沉積工藝、傳統的激光金屬去除。
早期的增材製造方法
整個增材製造工（gōng）藝仍處於發展初期。很（hěn）多（duō）公司在增材製造上花費（fèi）了大量金錢，可是並沒有（yǒu）得到有效的解決方（fāng）案。我（wǒ）們應該停止頭腦發熱。激光行業在其早（zǎo）期“誇下海口”，有些其實現在還無法（fǎ）實現。開發人員要想成功創造工業化的解決方案，必須（xū）有著（zhe）過程控製和成功（gōng）的係統。不過最開始的（de）時候（hòu），激光和光學元件（jiàn）顯然沒有成功。我們應當避免（miǎn）重蹈激光領域的這個覆（fù）轍。
