專訪薛飛：激光送粉增材+五軸減材金屬3D打印復合工藝，做自主高端裝備

2019年9月19-21日，IAME中國（西安）國際3D打印博覽會暨高峰論壇在西安高新國際會議中心舉辦。2019IAME旨在搭建增材制造（3D打印）科技創(chuàng)新的開放合作共享交流平臺，匯聚全球頂尖的增材制造（3D打印）領(lǐng)域成果及人才，促進行業(yè)各環(huán)節(jié)、產(chǎn)業(yè)鏈的銜接融合。南極熊作為戰(zhàn)略合作媒體，到西安現(xiàn)場全程報道。


南極熊在現(xiàn)場采訪了國家增材制造創(chuàng)新中心薛飛博士。

△國家增材制造創(chuàng)新中心薛飛博士（右）

南極熊：薛博士你好，我是來自南極熊3D打印網(wǎng)記者。首先想請您介紹一下增材和減材復合這種工藝的優(yōu)缺點，以及國內(nèi)外的應(yīng)用情況？

薛博士：好的，謝謝。增材和減材復合的目的主要是發(fā)揮各自的優(yōu)勢，增材比較適合復雜形狀和自由曲面的制造，但是它的精度和表面質(zhì)量眾所周知，受到原理的制約一般達不到我們的使用要求，而減材是我們已經(jīng)非常成熟的切削加工手段。

我們把增材和減材復合起來，通過增材實現(xiàn)零件的近凈成形，通過減材來保證它的表面質(zhì)量和精度，這樣能夠制造出合格的零件，同時增減材復合制造還提供了一種新的工藝，就是我們說的邊增邊減，對于這種具有內(nèi)腔、內(nèi)孔、內(nèi)流道這樣的復雜零件，在它的工藝制定階段，我們可以把它分段制造，逐段的增材，逐段的切削，實現(xiàn)內(nèi)腔的加工來保證它的質(zhì)量。

技術(shù)應(yīng)用難點和場景

南極熊：據(jù)我們了解這項技術(shù)還是一項比較新的技術(shù)，尤其在國內(nèi)做這方面研究的并不是很多，那么據(jù)您的預測，這項技術(shù)的應(yīng)用大概還有一個什么樣的時間節(jié)點，包括它在應(yīng)用當中有沒有什么樣的障礙？

薛博士：在增減材復合制造設(shè)備方面，其實我們可以看到產(chǎn)業(yè)化的設(shè)備已經(jīng)有一些了，只是功能有一些差別，有些設(shè)備主要側(cè)重于不銹鋼、高溫合金這樣的材料，有些設(shè)備它能兼顧鈦合金這樣易氧化的材料，設(shè)備是相對成熟的，主要現(xiàn)在應(yīng)用的難點是工藝的復合，也就是說怎么把增材和減材兩個不同原理的加工給它復合起來，因為增材本身有熱輸入，它會引起變形，那么減材需要有一些冷卻的手段，所以說增減材復合怎么樣能實現(xiàn)邊增邊減，那么我們就得考慮兩者之間互相的影響。

所以說，現(xiàn)在增減材復合它主要的難點是工藝復合，我們覺得隨著現(xiàn)在在線熱處理，包括在線監(jiān)測、閉環(huán)控制等這一系列控形控性手段的發(fā)展，增減材復合走向成熟也是指日可待的。

南極熊：這項技術(shù)本身有一定的獨特性，那么它應(yīng)用領(lǐng)域的話主要適合于哪些場景呢？

薛博士：應(yīng)用領(lǐng)域最典型的包括航空航天、核能、石油這些領(lǐng)域，因為這些領(lǐng)域的零件特點就是形面復雜，結(jié)構(gòu)復雜，對表面質(zhì)量和精度要求也比較高，所以我們增減材復合正好能夠發(fā)揮增材近凈成型，減材保證質(zhì)量、保證加工精度這樣的特點來實現(xiàn)復雜零件的加工。它的目標是對于航天航空復雜零件能夠提高材料利用率，縮短制造周期，進一步有可能在產(chǎn)品的設(shè)計階段，推動產(chǎn)品的輕量化設(shè)計和一些復雜形面的創(chuàng)新設(shè)計。

國外金屬3D打印增減材復合工藝發(fā)展情況

南極熊：日本在這項技術(shù)上走得比較靠前，但是日本的高端設(shè)備對中國有一定的進口限制，技術(shù)進口限制方面您怎么看？

薛博士：限制進口，這個是一個不能回避的問題，也就是說我們通常說的卡脖子問題。不管日本也好、歐美也好，它技術(shù)成熟，但是不賣給我們，但是這個對我們航空航天的發(fā)展又是一個關(guān)鍵技術(shù)，所以說這是我們需要重點的攻克的一個難題。

那么我還想提到的一點，您剛才說的松浦增減材復合，其實它側(cè)重于鋪粉增材和三軸銑削的復合，它這種復合式通常是在增材一層或者幾層以后進行三軸的切削，它的應(yīng)用主要是在模具里。國際上德瑪吉這樣一些大的企業(yè)，它也有在做這項研究，主要是把送粉或者電弧送絲的增材制造技術(shù)和剪裁復合起來，那么它的特點能夠突破鋪粉增材對零件的體積大小和成型尺寸大小的限制，而且對于零件的復雜程度也有更大的自由度，因為我們可以把五軸機床和增材成形復合起來，實現(xiàn)增減材復合，那么五軸機床它可以自由的變換零件的姿態(tài)，能夠保證成型的方向始終在他的法線方向，同時也能保證它的成型質(zhì)量。所以說我想說的就是，我們現(xiàn)在目前做的送粉式的增材制造技術(shù)和減材復合與松浦的相比，它是兩種不同的復合工藝，那么所以說我們現(xiàn)在研究送粉和減材復合是為了解決這些復雜型面、內(nèi)孔、內(nèi)腔、內(nèi)流道的問題，那么同時也是為了解決您剛才說的國外對我們的禁用問題，攻克關(guān)鍵技術(shù)。

送粉金屬3D打印增減材復合工藝的成型尺寸

南極熊：咱們送粉工藝，我覺得應(yīng)該是它的成型尺寸會更大一些？

薛博士：送粉成型大家都知道它是通過熔敷頭把這個粉和激光偶合起來實現(xiàn)成形，那么理論上來講它運動機構(gòu)有多大就能成型大多尺寸，當然肯定還會受到控形控性等一系列問題的影響，但是理論上來講，就是運動機構(gòu)有多大成型尺寸就有多大。

南極熊：咱們今天展會有帶這款設(shè)備嗎?

薛博士：今天我們帶來一些打印的樣品，我們現(xiàn)在研發(fā)的設(shè)備就是在一臺五軸機床上實現(xiàn)了增材和減材的復合，用的是送粉式激光增材成形這樣的工藝。目前我們已經(jīng)在機匣類零件、葉輪類零件開展了初步的工藝研究，那么已經(jīng)針對一些具體的零件做出了樣品，對它的性能也進行了初步的評價，而且可喜的是也正在和一些用戶積極的溝通，我們期望能把我們這個技術(shù)能推向?qū)嵱没�，能解決我們的實際問題。