解析增材和減材製造的混合加工（gōng）技術
點擊量：763 發布時（shí）間：2017-05-05 作者（zhě）：草莓视频ios（上海）增材（cái）製（zhì）造技術有（yǒu）限公司（sī）
當（dāng）考慮一（yī）個零件是用增材製造還是用減材製造時，一般來說會考慮其複雜性。對（duì）於高複雜性的零部件來說，增材製（zhì）造是一種必然選擇，因為它能賦予完整的幾（jǐ）何自由度去構建具有複雜內部結構和功能的零部件。基（jī）於數控加工的減材製（zhì）造對（duì）於常規形狀的零件來說能實現（xiàn）高的生產效率以及非常緊密的公差。因此，越是複（fù）雜的零部件，就越適合用增材製造技術，需要說明的是，如果零件（jiàn）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）各自的優點和局（jú）限性。激光燒結增（zēng）材製造本質上是用激光光（guāng）束沿著工具路徑來熔化昂貴的粉末，一（yī）次隻（zhī）創建一個零件的一（yī）層。這個過程比傳統的數控金屬加工速度至少慢了一個數量級。要達到減材製造（zào）的（de）速度需要權衡三維中每一層的厚（hòu）度。你可以（yǐ）用更高的（de）能量輸入或是生成更厚（hòu）的（de）粉末層或是更快（kuài）的成型（xíng）以（yǐ）提高生（shēng）產率，但表麵光潔度會受影響。或者你可以接受一個緩慢的過程，來形成較小的層，獲得更好的表麵光潔度。
甚至（zhì）可能接受更慢的過程，來形成更薄的層，以（yǐ）獲得更好的表麵光潔度。在某些類型的（de）數控機床平台，你仍需要（yào）後沉積工序。這就是增材製造和減（jiǎn）材製造（zào）的“鬥爭”所（suǒ）在。這兩種技術被視為互相競爭性的（de）技術，而不是彼此互補。而現在，我們在它們之間搭建起了“橋（qiáo）梁”（見（jiàn）左圖（tú））。
混合（hé）加工技術能提供從純粹的（de）增材到減材製造之間的全麵選擇（zé）。混合加工就是這座“橋梁”，我們可以將（jiāng）這兩種技術（shù）融合在一起，來（lái）打印材料，在已有的零部件上添加金屬，從無到有構建零件，然後把它們融（róng）合在一起。
混合加工
大部分情（qíng）況下，增材（cái）製造的零部件不能滿足傳統加工的需求。有些功（gōng）能對表麵光潔度或公差有要求，而（ér）這不（bú）能通過直接材料沉積來獲得。在CNC數控（kòng）機床上增加（jiā）定向的（de）能量沉積，將能結合金屬3D打印的複雜性以及傳統數（shù）控加工的表麵（miàn）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（zuì）大限度（dù）地提高增材製造的生（shēng）產率，因為能在同一台機器內提（tí）高（gāo）表麵光潔度（dù）。通過（guò）采用一個（gè）非常精密的機床，再加上一種調整過的沉積噴嘴，該（gāi）機器可以從無到有打印零部件或是將材料增加到已有的（de）工件（jiàn）上，然後按照指令進行加工。你可以先打印（yìn）一點，然後將噴嘴換（huàn）成銑削刀具進（jìn）行加工，為（wéi）下一層沉積做表麵處理，再（zài）換回噴（pēn）嘴來沉積下一層材料。或者你也可以打（dǎ）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（wǒ）們的（de）混合加工係（xì）統是一（yī）個5軸加工中心平台，精度為（wéi）15μm，15,000至30,000rpm的CAT或HSK主軸。和主軸保持一致的噴嘴、光（guāng）纖激光器、粉末的進料係統，將（jiāng）這些（xiē）集成到一台加（jiā）工中心中，我們就得到了（le）一個可以在常規數控加工和增材製造之間來回改變的混合加工係統。
將噴嘴直接（jiē）載入換刀裝置，就像其他常規的銑削刀具（jù）一樣，多個噴嘴可以支持不同（tóng）的粉末流速和激光加工工藝。可以最大限度地挖掘其他噴嘴的潛力，來進行局（jú）部熱處理、表麵清洗、部分幹燥、燒掉冷卻劑、為下一層做表麵處理，甚至還可以進行激光鑽孔或（huò）激（jī）光切割。憑借這種混合加工方法，您可以從無到（dào）有地打印整個零部件，或是將材料添加（jiā）到現有的零部件上，或是回收磨損零件來提高耐磨損性，或是修複損壞的零件（jiàn）。
應用
這項技（jì）術（shù）可以應用（yòng）在航空發（fā）動機渦輪維修方麵——高壓渦輪壓縮機葉片、低壓葉（yè）片、渦輪、大葉輪和高壓（yā）渦（wō）輪部分（fèn）。30多年來，這（zhè）已經在某些案例中得（dé）到了很好地應用。然而，在同一平台上現（xiàn）在不能有效地修複（fù）零件和進行焊後加（jiā）工。我們可以在增材製造工藝中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（shēng）成針對CAD模型版本的點雲數據。然後可以自動生成刀具路徑，從而為一個零（líng）件在增材和減材製造之間的來回轉換做好準備。我們的目標是最終無需任何工（gōng）程幹預就能做到這一點，能正確地從一個工序進入到下（xià）一步工序。
同時這項技術也有可能用（yòng）於修複零部件（jiàn），否則這些零件在傳統加工環境中會因為機器（qì）崩潰或刀（dāo）具破損而報廢。與其報廢一個價值數以十萬計美元的零（líng）部（bù）件，顯然修複方案更為經濟，公司可以將破（pò）損工（gōng）件的掃描數據與CAD文件進行比較，然後生成增材/減材製造的刀具路徑，來修複（fù）損壞的（de）地方。
未來（lái）的激光選擇
三井精（jīng）機（jī）的混合加工中（zhōng）心可以更（gèng）換激光頭（tóu），也（yě）可以用同樣的方式更換切削工（gōng）具。
激光燒（shāo）結通常隻需要100W的（de）激光來通過微銑削去除材料。一般用於激光沉積的2kW激光不能縮（suō）小到（dào）100W。但是，展望未（wèi）來的發展，我們可以創建一個能在高功率和低功率激光之間靈活切換的（de）係統（tǒng）。未（wèi）來的係統可以用激光（guāng）燒（shāo）結對零部件進行微（wēi）銑（xǐ）削、增（zēng）材製（zhì）造（zào）沉積工藝（yì）、傳統的激光（guāng）金屬去除。
早期的增材製造方法
整個增（zēng）材（cái）製造工藝仍處（chù）於發展初期。很多公司在增材製造（zào）上花費了大量金錢，可是（shì）並沒有（yǒu）得到有效的解決方案。我們應該（gāi）停止頭腦發熱（rè）。激光行業在其早期（qī）“誇下海口”，有些其實現在還無法實現。開發人員要想成功創造工業（yè）化的解決方案，必須有著（zhe）過程（chéng）控製和成功的係統。不過最開始的時候，激光和光學元件顯然沒有成功。我們應當避免重蹈激光領域的這個覆轍。
