增材制造無疑是(shì)一(yī)種(zhǒng)非(fēi)常高(gāo)效的(de)制造方式，但在(zài)産品的(de)几何尺(chǐ)寸(cùn)精度(dù)和(hé)表(biǎo)面(miàn)光(guāng)潔度(dù)方面(miàn)，該工藝的(de)效果(guǒ)不(bù)太理(lǐ)想(xiǎng)，而(ér)傳统的(de)數控機(jī)床(chuáng)属于(yú)“減材加工”具有高(gāo)精準度(dù)和(hé)易于(yú)切(qiè)削加工等優點(diǎn)。可(kě)見(jiàn)減材制造與(yǔ)增材制造的(de)優缺點(diǎn)具有很強(qiáng)的(de)互補關(guān)系(xì)。将數控加工與(yǔ)增材制造進(jìn)行有機(jī)集成(chéng)，以(yǐ)實(shí)現(xiàn)增減材制造工藝的(de)複合，不(bù)僅能夠提(tí)高(gāo)生(shēng)産效率，降低生(shēng)産成(chéng)本(běn)，拓宽(kuān)産品原料加工範圍，還(huán)可(kě)以(yǐ)減少(shǎo)生(shēng)産过(guò)程中(zhōng)切(qiè)削液的(de)使用(yòng)，保護环境，具有广闊的(de)應(yìng)用(yòng)前(qián)景。

 

增材制造與(yǔ)減材制造对比

 

　　結合不(bù)同(tóng)工藝操作(zuò)的(de)混合機(jī)器，至(zhì)少(shǎo)在(zài)一(yī)般的(de)減材加工領域已經(jīng)不(bù)是(shì)新(xīn)鮮事(shì)。但是(shì)不(bù)同(tóng)制造工藝在(zài)實(shí)際操作(zuò)中(zhōng)很难互相配合(而(ér)且(qiě)十(shí)分(fēn)昂貴)，所(suǒ)以(yǐ)这(zhè)種(zhǒng)設備並(bìng)不(bù)真(zhēn)正(zhèng)能夠提(tí)高(gāo)制造速度(dù)，而(ér)是(shì)能夠带(dài)来(lái)精确度(dù)的(de)提(tí)高(gāo)。增材和(hé)減材制造技術(shù)的(de)組合研究已經(jīng)有20多(duō)年(nián)曆史，但直(zhí)到(dào)最(zuì)近(jìn)才在(zài)民(mín)用(yòng)領域有一(yī)些(xiē)應(yìng)用(yòng)經(jīng)验(yàn)。第(dì)一(yī)台(tái)商用(yòng)混合機(jī)床(chuáng)是(shì)上(shàng)世紀90年(nián)代(dài)末(mò)期(qī)日(rì)本(běn)的(de)一(yī)項大(dà)學(xué)/工業聯合研究項目中(zhōng)開(kāi)发出(chū)来(lái)的(de)，是(shì)将激光(guāng)粉末(mò)熔融與(yǔ)CNC加工相結合的(de)機(jī)床(chuáng)。

 

　　增減材複合加工技術(shù)的(de)特(tè)點(diǎn)

 

　　增減材複合加工技術(shù)是(shì)一(yī)種(zhǒng)将産品設計(jì)、软(ruǎn)件(jiàn)控制以(yǐ)及(jí)增材制造與(yǔ)減材制造相結合的(de)新(xīn)技術(shù)。借(jiè)助于(yú)計(jì)算機(jī)生(shēng)成(chéng)的(de)CAD模型，並(bìng)将其(qí)按一(yī)定的(de)厚度(dù)分(fēn)层(céng)，從而(ér)将零(líng)件(jiàn)的(de)三維數據(jù)信(xìn)息轉(zhuǎn)換为(wèi)一(yī)系(xì)列的(de)二(èr)維或(huò)三維輪廓几何信(xìn)息，层(céng)面(miàn)几何信(xìn)息融合沉積參數和(hé)機(jī)加工參數生(shēng)成(chéng)增材制造加工路(lù)徑數控代(dài)碼，最(zuì)終(zhōng)成(chéng)型三維實(shí)體(tǐ)零(líng)件(jiàn)。然後(hòu)針(zhēn)对成(chéng)形的(de)三維的(de)實(shí)體(tǐ)零(líng)件(jiàn)進(jìn)行测量(liàng)與(yǔ)特(tè)征提(tí)取(qǔ)，並(bìng)與(yǔ)CAD模型進(jìn)行对照尋找(zhǎo)誤差區(qū)域後(hòu)，基于(yú)減材制造，对零(líng)件(jiàn)進(jìn)行進(jìn)一(yī)步加工修正(zhèng)，直(zhí)至(zhì)滿足産品設計(jì)要(yào)求。

 

 

　　由(yóu)此(cǐ)在(zài)同(tóng)一(yī)台(tái)機(jī)床(chuáng)上(shàng)可(kě)實(shí)現(xiàn)“加減法(fǎ)”的(de)加工，是(shì)現(xiàn)有的(de)數控切(qiè)削加工和(hé)3D打(dǎ)印(yìn)組合的(de)混合型方案(àn)。这(zhè)樣(yàng)，对于(yú)傳统切(qiè)削加工無法(fǎ)實(shí)現(xiàn)的(de)特(tè)殊几何構型或(huò)特(tè)殊材料的(de)零(líng)件(jiàn)，近(jìn)淨成(chéng)形的(de)階(jiē)段可(kě)由(yóu)增材制造承擔，而(ér)後(hòu)期(qī)的(de)精加工與(yǔ)表(biǎo)面(miàn)處(chù)理(lǐ)，則由(yóu)傳统的(de)減材加工承擔。由(yóu)于(yú)在(zài)同(tóng)一(yī)台(tái)機(jī)床(chuáng)上(shàng)完成(chéng)所(suǒ)有加工工序，不(bù)僅避免了(le)原本(běn)在(zài)多(duō)平台(tái)加工时(shí)工件(jiàn)的(de)夾持(chí)與(yǔ)取(qǔ)放(fàng)所(suǒ)带(dài)来(lái)的(de)誤差積累，提(tí)高(gāo)制造精度(dù)與(yǔ)生(shēng)産效率，同(tóng)时(shí)也(yě)节(jié)省(shěng)了(le)車間(jiān)空(kōng)間(jiān)，降低制造成(chéng)本(běn)。

 

　　從複合加工技術(shù)的(de)原理(lǐ)可(kě)以(yǐ)看(kàn)出(chū)，該技術(shù)的(de)實(shí)質(zhì)是(shì)CAD软(ruǎn)件(jiàn)驅動(dòng)下(xià)的(de)三維堆(duī)積和(hé)機(jī)加工过(guò)程。因(yīn)此(cǐ)，一(yī)个(gè)基本(běn)的(de)複合加工系(xì)统應(yìng)該由(yóu)以(yǐ)下(xià)几个(gè)部(bù)分(fēn)組成(chéng)：CNC加工中(zhōng)心(xīn)、沉積制造部(bù)分(fēn)、送料系(xì)统、软(ruǎn)件(jiàn)控制系(xì)统以(yǐ)及(jí)輔助系(xì)统。其(qí)中(zhōng)涉及(jí)到(dào)的(de)關(guān)鍵技術(shù)主(zhǔ)要(yào)包(bāo)括複合加工的(de)集成(chéng)方式、软(ruǎn)硬(yìng)件(jiàn)平台(tái)搭建和(hé)複合制造控制系(xì)统。

 

 

 

　　随着增材制造的(de)发展(zhǎn)以(yǐ)及(jí)其(qí)局(jú)限性(xìng)的(de)突出(chū)，國(guó)際上(shàng)越来(lái)越多(duō)的(de)學(xué)者(zhě)和(hé)研究機(jī)構把(bǎ)目光(guāng)轉(zhuǎn)向(xiàng)基于(yú)增減材的(de)複合加工制造。相比于(yú)國(guó)內(nèi)，國(guó)際上(shàng)对基于(yú)增減材制造的(de)複合加工技術(shù)的(de)研究開(kāi)展(zhǎn)的(de)比较早(zǎo)，研究的(de)內(nèi)容也(yě)比较多(duō)。但總(zǒng)的(de)来(lái)说(shuō)，該項技術(shù)仍然處(chù)于(yú)研究與(yǔ)探索階(jiē)段。

 

　　目前(qián)主(zhǔ)要(yào)新(xīn)技術(shù)包(bāo)括：形狀沉積制造技術(shù)(shape deposition manufacturing，SDM)、模具形狀沉積制造技術(shù)(MoldSDM)、控制金(jīn)属堆(duī)積技術(shù)(CMB)、基于(yú)堆(duī)焊的(de)混合加工系(xì)统(ArcHLM)、選擇性(xìng)激光(guāng)熔覆複合加工技術(shù)(HSLM)、超聲波(bō)增材制造(UAM)、HPDM技術(shù)等。

 

 

SDM

 

Mold SDM

 

The principal process steps for the Assembly Mold SDM

 

　　國(guó)外(wài)增減材複合加工設備发展(zhǎn)

 

　　目前(qián)增減材複合加工設備的(de)複合制造工藝集成(chéng)方式包(bāo)括基于(yú)直(zhí)接能量(liàng)沉積(DED)的(de)複合加工集成(chéng)、基于(yú)粉末(mò)融積(PBD)的(de)增減材複合加工、基于(yú)材料噴射成(chéng)形技術(shù)的(de)增減材複合加工、基于(yú)冷(lěng)噴塗的(de)增減材複合加工集成(chéng)等。

 

　　成(chéng)熟設備包(bāo)括DMG Mori公(gōng)司的(de)LASERTEC 65 3D複合加工機(jī)床(chuáng)、Hamuel Reichenbacher公(gōng)司的(de)HYBRID HSTM 1500機(jī)床(chuáng)、Mazak公(gōng)司的(de)INTEGREX i-400AM多(duō)功能機(jī)床(chuáng)、Matsuura公(gōng)司的(de)Lume xAvence-25機(jī)床(chuáng)等。

 

　　2013年(nián)，Sauer&DMG Mori公(gōng)司開(kāi)发的(de)Lasertech 65 Hybrid，並(bìng)在(zài)德國(guó)舉行的(de)歐洲(zhōu)模具展(zhǎn)上(shàng)展(zhǎn)出(chū)。Lasertech 65 Hybrid實(shí)際是(shì)一(yī)款5軸的(de)數控機(jī)床(chuáng)加上(shàng)2千(qiān)瓦的(de)二(èr)极(jí)管(guǎn)激光(guāng)打(dǎ)印(yìn)头(tóu)。打(dǎ)印(yìn)头(tóu)通(tòng)过(guò)HSK接口(kǒu)與(yǔ)主(zhǔ)軸連(lián)接，該設備先(xiān)通(tòng)过(guò)激光(guāng)烧結的(de)方式構建零(líng)件(jiàn)，然後(hòu)轉(zhuǎn)向(xiàng)減材工藝。激光(guāng)烧結采用(yòng)的(de)是(shì)将金(jīn)属粉末(mò)噴入(rù)激光(guāng)束(shù)進(jìn)行融熔沉積的(de)方法(fǎ)。該設備的(de)生(shēng)成(chéng)速度(dù)为(wèi)3.5公(gōng)斤(jīn)/小时(shí)，比激光(guāng)烧結快(kuài)20倍。

 

DMG Mori公(gōng)司的(de)LASERTEC 65 3D複合加工機(jī)床(chuáng)

 

　　Hamuel Reichenbacher公(gōng)司的(de)HYBRID HSTM 1500機(jī)床(chuáng)(設計(jì)重(zhòng)點(diǎn)是(shì)用(yòng)于(yú)高(gāo)價值部(bù)件(jiàn)的(de)修複，集成(chéng)了(le)高(gāo)速銑削/直(zhí)接能量(liàng)熔融(DED)、檢测、去(qù)毛(máo)刺與(yǔ)抛光(guāng)等輔助工藝。

 

 

Hamuel Reichenbacher公(gōng)司的(de)HYBRID HSTM 1500機(jī)床(chuáng)

 

　　日(rì)本(běn)松浦-Matsuura的(de)LUMEX Avance-25金(jīn)属3D打(dǎ)印(yìn)機(jī)，是(shì)世界上(shàng)首个(gè)将金(jīn)属激光(guāng)烧結增材制造技術(shù)與(yǔ)和(hé)高(gāo)速銑削工藝結合在(zài)一(yī)起(qǐ)的(de)綜合制造設備。GE石(dàn)油(yóu)天(tiān)然气集团(tuán)在(zài)其(qí)日(rì)本(běn)新(xīn)泻縣(xiàn)的(de)刈羽(yǔ)(Kariwa)工廠(chǎng)就(jiù)采用(yòng)松浦的(de)这(zhè)一(yī)設備来(lái)制造特(tè)殊配置的(de)Masoneilan控制閥部(bù)件(jiàn)以(yǐ)用(yòng)于(yú)整个(gè)能源行業的(de)各種(zhǒng)應(yìng)用(yòng)。

 

 

　　2015年(nián)，西(xī)班(bān)牙(yá)的(de)San Sebastián Tecnalia研究中(zhōng)心(xīn)、巴斯克(kè)大(dà)學(xué)(UPV-EHU)和(hé)機(jī)床(chuáng)制造商Ibarmia共(gòng)同(tóng)合作(zuò)，也(yě)開(kāi)发出(chū)了(le)一(yī)款将3D打(dǎ)印(yìn)技術(shù)與(yǔ)精密加工結合在(zài)一(yī)起(qǐ)的(de)混合制造設備(見(jiàn)下(xià)图(tú))。这(zhè)款混合型Add+Process最(zuì)为(wèi)獨特(tè)的(de)是(shì)它(tā)既融合了(le)基于(yú)激光(guāng)的(de)增材制造工藝又同(tóng)时(shí)可(kě)以(yǐ)實(shí)現(xiàn)大(dà)型部(bù)件(jiàn)的(de)銑削和(hé)翻轉(zhuǎn)。这(zhè)一(yī)自(zì)動(dòng)制造中(zhōng)心(xīn)可(kě)以(yǐ)讓用(yòng)户從無到(dào)有地(dì)制造大(dà)型金(jīn)属部(bù)件(jiàn)或(huò)者(zhě)修複高(gāo)價的(de)部(bù)件(jiàn)，同(tóng)时(shí)也(yě)能實(shí)現(xiàn)精度(dù)很高(gāo)的(de)精加工。这(zhè)台(tái)機(jī)器使用(yòng)的(de)材料为(wèi)精细(xì)的(de)金(jīn)属粉末(mò)，它(tā)能夠以(yǐ)每分(fēn)鐘(zhōng)40克(kè)的(de)速度(dù)處(chù)理(lǐ)这(zhè)些(xiē)微米(mǐ)级的(de)颗粒(lì)，使其(qí)按照指定的(de)图(tú)案(àn)精準地(dì)沉積，直(zhí)到(dào)形成(chéng)固體(tǐ)对象(xiàng)。與(yǔ)傳统的(de)制造技術(shù)相比它(tā)可(kě)以(yǐ)节(jié)省(shěng)高(gāo)达(dá)60%的(de)生(shēng)産时(shí)間(jiān)和(hé)材料。

 

 

 

　　除此(cǐ)之(zhī)外(wài)， Matsuura、Sodick、Hermle、Cincinnati、ELB、Trumpf等西(xī)方國(guó)家(jiā)傳统機(jī)床(chuáng)巨头(tóu)也(yě)都推出(chū)了(le)機(jī)床(chuáng)加工+增材制造混合型設備。

 

　　國(guó)內(nèi)增減材複合加工設備发展(zhǎn)

 

　　五(wǔ)軸聯動(dòng)增減混合加工中(zhōng)心(xīn)處(chù)于(yú)技術(shù)前(qián)沿。目前(qián)，國(guó)際的(de)機(jī)床(chuáng)巨头(tóu)在(zài)推出(chū)将3D打(dǎ)印(yìn)增材制造與(yǔ)銑削加工技術(shù)相結合的(de)新(xīn)型五(wǔ)軸聯動(dòng)加工中(zhōng)心(xīn)，受到(dào)人(rén)们(men)的(de)广泛關(guān)注。其(qí)實(shí)我(wǒ)國(guó)本(běn)土(tǔ)的(de)增減混合五(wǔ)軸加工中(zhōng)心(xīn)同(tóng)樣(yàng)功能強(qiáng)大(dà)，卻鮮为(wèi)人(rén)知。

 

　　在(zài)2016年(nián)的(de)第(dì)九(jiǔ)屆中(zhōng)國(guó)數控機(jī)床(chuáng)展(zhǎn)覽会(huì)中(zhōng)，就(jiù)有數款複合機(jī)床(chuáng)展(zhǎn)出(chū)，並(bìng)且(qiě)産品水(shuǐ)平不(bù)斷提(tí)高(gāo)。例如(rú)大(dà)連(lián)三壘的(de)SVW80C-3D增減材複合五(wǔ)軸加工中(zhōng)心(xīn)、青(qīng)海(hǎi)華鼎的(de)XF1200激光(guāng)增減材五(wǔ)軸複合加工中(zhōng)心(xīn)、大(dà)連(lián)光(guāng)洋(yáng)的(de)KMC800U五(wǔ)軸銑車複合立式加工中(zhōng)心(xīn)、魯南機(jī)床(chuáng)的(de)VTC2040銑車複合柔性(xìng)加工中(zhōng)心(xīn)等都是(shì)國(guó)內(nèi)技術(shù)水(shuǐ)平较高(gāo)的(de)增減材複合五(wǔ)軸加工中(zhōng)心(xīn)。

 

　　國(guó)産增減混合五(wǔ)軸加工中(zhōng)心(xīn)相对于(yú)國(guó)際同(tóng)類(lèi)裝(zhuāng)備具有更(gèng)高(gāo)的(de)性(xìng)價比。以(yǐ)大(dà)連(lián)三壘的(de)SVW80C-3D为(wèi)例，首先(xiān)具有较大(dà)的(de)行程，X，Y和(hé)Z軸分(fēn)别可(kě)达(dá)800 mm，800 mm 和(hé)600 mm;其(qí)次(cì)機(jī)床(chuáng)精度(dù)较高(gāo)，定位(wèi)精度(dù)可(kě)达(dá)8μm，重(zhòng)複定位(wèi)精度(dù)为(wèi)5μm;再者(zhě)打(dǎ)印(yìn)工件(jiàn)尺(chǐ)寸(cùn)较大(dà)，可(kě)达(dá)1000 mm x440 mm;沉積效率达(dá)到(dào)300cm3/h以(yǐ)上(shàng)。SVW80C-3D使用(yòng)光(guāng)纖激光(guāng)器，光(guāng)電(diàn)轉(zhuǎn)化(huà)效率高(gāo)，維護使用(yòng)成(chéng)本(běn)低。性(xìng)能參數高(gāo)而(ér)售價低，SVW80C-3D具有很強(qiáng)的(de)競争優勢。

 

 

 

大(dà)連(lián)三壘SVW80C-3D加工过(guò)程及(jí)成(chéng)品图(tú)

 

　　免責聲明(míng)：本(běn)文(wén)內(nèi)容根(gēn)據(jù)非(fēi)密公(gōng)開(kāi)性(xìng)調研信(xìn)息資料加工整理(lǐ)，內(nèi)容僅供參考及(jí)學(xué)習交流使用(yòng)，歡迎个(gè)人(rén)轉(zhuǎn)载(zài)分(fēn)享，相關(guān)平台(tái)或(huò)媒介如(rú)需轉(zhuǎn)载(zài)本(běn)文(wén)，必须與(yǔ)我(wǒ)们(men)取(qǔ)得聯系(xì)獲得授權，否則由(yóu)此(cǐ)引起(qǐ)的(de)一(yī)切(qiè)後(hòu)果(guǒ)由(yóu)轉(zhuǎn)载(zài)方承擔。相關(guān)知識産權或(huò)版權歸原作(zuò)者(zhě)所(suǒ)有，如(rú)涉及(jí)相關(guān)争議，請及(jí)时(shí)與(yǔ)我(wǒ)们(men)聯系(xì)，我(wǒ)们(men)将在(zài)第(dì)一(yī)时(shí)間(jiān)妥善處(chù)理(lǐ)。