匯總：全球增減材混合制造豪強(qiáng)林立，國(guó)產(chǎn)廠商開(kāi)始發(fā)力

南極熊認(rèn)為：高端科技領(lǐng)域的角力，從來(lái)就是一場(chǎng)沒(méi)有硝煙的戰(zhàn)爭(zhēng)！去年10月份，美商務(wù)部將六項(xiàng)新興技術(shù)添加到《出口管理?xiàng)l例》的商務(wù)部管制清單中，這其中就包括了混合增材制造技術(shù)/計(jì)算機(jī)數(shù)控工具。美國(guó)商務(wù)部在官網(wǎng)發(fā)布公告中寫(xiě)道：“此舉是為了支持關(guān)鍵及新興技術(shù)這一國(guó)家戰(zhàn)略”。實(shí)際上，就增材制造技術(shù)而言，我國(guó)也已將同類技術(shù)納入了“中國(guó)限制出口技術(shù)目錄”。

何為混合增材制造

所謂混合增材制造，是將增材和減材集于一體的新型制造方式。它主要采用激光熔融與CNC加工相結(jié)合，可以用工業(yè)機(jī)器人、3軸或5軸聯(lián)動(dòng)切削加工機(jī)床、商業(yè)化的SLM機(jī)床等相結(jié)合，通過(guò)獨(dú)立的增材與減材機(jī)器（機(jī)器人交換工件）、將增材制造裝置安裝在主軸上（無(wú)刀庫(kù)）、在機(jī)床上安裝永久性的增材制造頭、或者是在商用SLM機(jī)床上進(jìn)行設(shè)備重構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

目前增減材復(fù)合加工設(shè)備的復(fù)合制造工藝集成方式包括

1) 基于直接能量沉積（DED）的復(fù)合加工集成

2) 基于粉末融積（PBD）的增減材復(fù)合加工

3) 基于材料噴射成形技術(shù)的增減材復(fù)合加工

4) 基于冷噴涂的增減材復(fù)合加工集成

金屬增材制造技術(shù)在加工精度上與傳統(tǒng)加工相比較低，因而受到極大限制。隨著AM的發(fā)展以及其局限性的突出，國(guó)際上越來(lái)越多的學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)把目光轉(zhuǎn)向基于增減材的復(fù)合加工制造。將增材制造與傳統(tǒng)加工工藝有機(jī)地集成起來(lái)，成形件加工完成后無(wú)需后處理即可直接投入使用，大幅縮短了制造時(shí)間和生產(chǎn)成本，還可拓寬原材料范圍，減少生產(chǎn)過(guò)程中切削液的使用，實(shí)現(xiàn)綠色加工。近年來(lái)，增減材混合加工工藝與裝備不斷涌現(xiàn)，在提高制造精度，增大制造尺寸、提高生產(chǎn)效率等方面取得多項(xiàng)進(jìn)展。

相比于國(guó)內(nèi)，國(guó)際上對(duì)基于增減材制造的復(fù)合加工技術(shù)的研究開(kāi)展的比較早，研究的內(nèi)容也比較多。但總的來(lái)說(shuō)，該項(xiàng)技術(shù)仍然處于研究與探索階段。目前主要新技術(shù)包括：形狀沉積制造技術(shù)（shape deposition manufacturing，SDM）、模具形狀沉積制造技術(shù)（MOLDSM）、控制金屬堆積技術(shù)（CMB）、基于堆焊的混合加工系統(tǒng)（ArcHM）、選擇性激光熔覆復(fù)合加工技術(shù)（HSLM）、超聲波增材制造（UAM）、HPDM技術(shù)等。

國(guó)外市場(chǎng)

1. 洛馬公司多機(jī)器人增減材混合制造系統(tǒng)

幾年前，洛馬建成了世界上首臺(tái)“多機(jī)器人增減材混合設(shè)備”，該設(shè)備由兩個(gè)機(jī)器人串行工作，具備增材制造、減材加工和工藝過(guò)程監(jiān)測(cè)、尺寸檢查、熱測(cè)量等多種功能，適用于多種材料加工，能夠顯著提升大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造效率，降低制造成本。

△洛馬公司多軸激光束沉積打印機(jī)

△洛馬公司增減材制造的衛(wèi)星燃料箱體

2018年，洛馬公司使用電子束增減材制造技術(shù)生產(chǎn)了迄今為止最大的3D打印空間零件—衛(wèi)星燃料箱體。采用該工藝，使部件減少了超過(guò)80％的材料浪費(fèi)，并將總交付時(shí)間從兩年減少到三個(gè)月，同時(shí)部件經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的質(zhì)量測(cè)試，使其能夠承受?chē)?yán)峻的發(fā)射和長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的空間真空任務(wù)。目前，該部件已作為標(biāo)準(zhǔn)件用在了LM 2100衛(wèi)星平臺(tái)上。

2. Relativity Space

Relativity Space公司擁有世界最大的“Stargate” 3D打印機(jī)，它基于定向能量沉積技術(shù)，擁有三只龐大的機(jī)械臂，一只用來(lái)熔化金屬絲進(jìn)行增材制造，另兩只則用以進(jìn)行減材加工。依賴智能數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和機(jī)器學(xué)習(xí)控制算法，該打印機(jī)可協(xié)作進(jìn)行增材和減材加工以制造復(fù)雜幾何形狀。

△三只機(jī)械臂，一只進(jìn)行熔絲增材制造，另兩只用來(lái)進(jìn)行減材加工

Relativity Space分別擁有若干臺(tái)可以打印15英尺（4.5m）、20英尺（6m）甚至30英尺（9m）的“Stargate”的3D打印機(jī)，可同時(shí)打印第一級(jí)和第二級(jí)火箭以及整流罩。盡管火箭通常由數(shù)千個(gè)單獨(dú)的零件組成，但Relativity Space公司設(shè)計(jì)的零件卻合并了一些部件，他們的火箭零件數(shù)量是同類火箭的零件數(shù)量的1/100（Terran 1火箭只有730個(gè)零件）。目前，Relativity Space可以在30天內(nèi)打印出整個(gè)整流罩，能夠在短短60天內(nèi)生產(chǎn)出整枚火箭。

3. 德馬吉森精機(jī)/DMG MORI（日德合資）

DMG MORI 是世界領(lǐng)先的機(jī)床制造商，該公司獨(dú)特的混合式（增材制造與傳統(tǒng)制造結(jié)合）加工解決方案，是一項(xiàng)令眾人矚目的技術(shù)，它將銑削加工技術(shù)與激光金屬沉積加工工藝結(jié)合在一起，應(yīng)用于一臺(tái)具有完整銑削功能的激光熔覆加工機(jī)床上。LASERTEC65 3D Hybridd是DMG MORI推出3D打印混合制造打印機(jī)，這臺(tái)“機(jī)床”中融合了5軸噴粉堆焊和5軸聯(lián)動(dòng)銑削加工技術(shù)，可交替進(jìn)行堆焊、銑削以及車(chē)削加工。

△靈活結(jié)合增材制造與銑削加工，生產(chǎn)成品質(zhì)量的3D工件

△DMG增減材一體設(shè)備制造的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件

基于激光堆焊的增減材一體制造工藝不僅可生產(chǎn)非常復(fù)雜的幾何形狀，而且同時(shí)可解決3D打印的表面質(zhì)量問(wèn)題及材料復(fù)合問(wèn)題。2019年5月，衛(wèi)星發(fā)射公司VirginOrbit采用DMG MORI增減材一體式設(shè)備為NASA打印了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，其內(nèi)襯采用GRCop-84銅合金，外部為鎳基高溫合金，其結(jié)構(gòu)與材料與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)完全相同，制造工期則節(jié)省了數(shù)月時(shí)間，熱火試驗(yàn)更證明了基于該工藝制造的復(fù)合材料部件與傳統(tǒng)制造的性能相一致。

△ASERTEC6600 DED增減材混合系統(tǒng)

在Formnext 2019展會(huì)上，DMG Mori曾發(fā)布了一臺(tái)名為ASERTEC 6600 DED的增減材混合系統(tǒng)，X軸高達(dá)1040毫米，Y軸為－280毫米至＋330毫米，Z軸為3890毫米。這些巨大的、自動(dòng)化程度高的混合型DED金屬3D打印機(jī)特別適用于大型工件，包括航空航天工業(yè)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、能源工業(yè)的油井管和運(yùn)輸機(jī)的軸。

4、日本馬扎克/Mazak

機(jī)床制造商馬扎克在2014年推出了一款混合制造設(shè)備-INTEGREX i-400 AM。Integrex i-400am是金屬3D打印技術(shù)和車(chē)銑復(fù)合加工的混合設(shè)備，特別針對(duì)于小批量生產(chǎn)的難加工材料，如航空航天零部件耐熱合金的加工，能源領(lǐng)域工具和零部件的高硬度材料的加工，醫(yī)療設(shè)備制造中的高精度特種合金的加工。

△圖：MazakINTEGREX i-400 AM

INTEGREX i-400中的金屬3D打印技術(shù)屬于定向能量沉積工藝，采用光纖激光熱熔化金屬粉末，金屬3D打印噴嘴逐層施加熔融材料，每個(gè)熔融材料隨著所需形狀的增長(zhǎng)而固化，該工藝可用于修復(fù)磨損部件，如航空渦輪葉片。

5、德國(guó)哈默/Hermle

德國(guó)哈默的混合制造設(shè)備MPA40 是立式銑床主軸旁邊安裝了一個(gè)噴射粉末的噴嘴，而在第四、第五軸轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝了加熱器。在運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)器根據(jù)CAD文件的信息用高熱蒸汽推動(dòng)懸浮在氮?dú)庵械慕饘俜勰�，并通過(guò)一個(gè)名叫de Laval的噴嘴以聲速的三倍速度噴射到構(gòu)建對(duì)象上，可達(dá)到10京帕的壓力和高達(dá)1000攝氏度的高溫。

△圖：Hermle的MPA工藝

如此巨大的沖擊力和由此產(chǎn)生的高溫高壓，導(dǎo)致單個(gè)金屬顆粒劇烈變形，并被粘合接觸面上。這種“微鍛造”可實(shí)現(xiàn)多達(dá)六種不同的金屬進(jìn)行層積。該MPA技術(shù)能夠處理的材料，包括熱作模具鋼、不銹鋼、純銅、銅、鈦和鋁等材料。MPA 40可處理的零部件最大尺寸可達(dá)550毫米/高和460毫米/直徑，重量可達(dá)600公斤。

6、Optomec

Optomec是定向能量沉積3D打印技術(shù)設(shè)備制造商之一，擁有自有的LENS（激光近凈成型）技術(shù)。 Optomec在最近開(kāi)始提供增材、減材混合制造設(shè)備，售價(jià)低于25萬(wàn)美元。Optomec推出的其中一款新混合制造設(shè)備為Optomec LENS 860混合CA系統(tǒng)，該設(shè)備集成了LENS 3D打印技術(shù)和銑削。

△圖：OptomecLENS 混合系統(tǒng)

這款混合制造設(shè)備具有860 x 600 x 610mm的工作范圍，它配備了一個(gè)密封的構(gòu)建室，用于制造鈦等活性金屬。該系統(tǒng)可配置閉環(huán)控制和高功率3kW光纖激光器，適合構(gòu)建、修復(fù)或涂覆中型到大型金屬部件。

7、美國(guó)HybridManufacturing Technologies

美國(guó)混合制造技術(shù)公司有一種混合增材制造系統(tǒng)-AMBIT，該體統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)從金屬3D打印、切削、檢測(cè)之間自動(dòng)切換，切換過(guò)程與機(jī)床更換刀具類似，從而實(shí)現(xiàn)增材制造技術(shù)和精密加工技術(shù)的無(wú)縫集成。

△圖：AMBIT系統(tǒng)中的激光3D打印頭

最新推出的AMBIT Series7 系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)七種制造技術(shù)的集成。與不同制造工藝的集成，為金屬零件生產(chǎn)帶來(lái)了新機(jī)會(huì)。AMBIT 系統(tǒng)中的金屬3D打印技術(shù)為基于定向能量沉積工藝的3D打印堆焊頭。新系統(tǒng)中集成的渦流檢測(cè)頭用于金屬沉積質(zhì)量的原位檢測(cè)，檢測(cè)頭針對(duì)檢測(cè)表面和表面下裂縫進(jìn)行了優(yōu)化，并使用頻率達(dá)5MHz的一系列探頭檢測(cè)多層深度空隙。

8、西門(mén)子/Siemens

雖然西門(mén)子不是混合制造設(shè)備的生產(chǎn)商，但西門(mén)子的軟件在增材、減材混合制造中發(fā)揮了重要作用。大多數(shù)混合制造系統(tǒng)利用定向能量沉積工藝，軟件對(duì)于實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化零件幾何形狀變得至關(guān)重要。

△圖：用于定向能量沉積3D打印的Siemens NX 系統(tǒng)

西門(mén)子的混合制造系統(tǒng)Siemens NX Complete Hybrid CAD/CAM ，是用于整個(gè)工藝鏈（設(shè)計(jì)，添加工藝，減法加工，精加工）的單一軟件包，該系統(tǒng)用于計(jì)算增材制造的激光路徑和減材加工的切削刀具路徑。該系統(tǒng)通過(guò)工件、夾具和整個(gè)設(shè)備的數(shù)字雙胞胎準(zhǔn)備完整的制造過(guò)程。Siemens NX Complete Hybrid CAD / CAM系統(tǒng)在完全集成的“designthrough-CNC”編程解決方案中提供混合增材制造的功能，包括用于集成激光粉末包覆和銑削的后處理和加工模擬。

9、日本松浦/Matsuura

日本松浦是自動(dòng)化多托盤(pán)，多軸和多任務(wù)數(shù)控機(jī)床及其相關(guān)制造工藝解決方案領(lǐng)域的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者，也是第一家提供選區(qū)激光熔化3D打印和銑削加工混合制造設(shè)備的機(jī)床制造商。

△圖：MatsuuraLUMEX 60 系統(tǒng)

松浦推出的第一臺(tái)混合制造設(shè)備為L(zhǎng)UMEX Avance-25，該設(shè)備集成了選區(qū)激光熔化3D打印技術(shù)和高速銑削主軸。該設(shè)備在加工時(shí)，先進(jìn)行3D打印，然后借助高速銑削精加工整個(gè)零件或其部分表面以獲得高精度和高表面質(zhì)量。其原理是每打印10層（約0.5mm~2mm）形成一金屬薄片后，用高速銑削（主軸45000r/min）對(duì)其輪廓精加工一次，再打印10層，再精銑輪廓，不斷重復(fù)，最終疊加成為高精度、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。LUMEX Avance-60是該系列中的第二臺(tái)混合制造設(shè)備，與LUMEXAvance-25采用相同技術(shù)，同時(shí)具有更大的加工空間和工作范圍。

10、日本沙迪克/Sodick

日本Sodick在2017年推出混合制造設(shè)備OPM250L和OPM 350L，與松浦混合制造設(shè)備采用類似的技術(shù)，采用了選區(qū)激光熔化3D打印技術(shù)和銑削技術(shù)。

△圖：Sodick混合制造設(shè)備中的金屬3D打印粉末床

Sodick的混合制造設(shè)備在應(yīng)用方面專注于制造帶有隨形冷卻通道的一體式注塑模具，從根本上改變塑料產(chǎn)品模具的創(chuàng)建方式。通過(guò)在同一臺(tái)機(jī)器內(nèi)進(jìn)行選擇性激光熔化和高速銑削，OPM系列產(chǎn)品可以加工復(fù)雜的一體式金屬模具，這是傳統(tǒng)方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。Sodick混合制造設(shè)備采用500W的光纖激光器實(shí)現(xiàn)金屬3D打印，用于熔化和固化金屬粉末。OPM系列采用45000 min-1主軸，采用Sodick的非接觸式剛性直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高速和高精度加工。設(shè)備還配置了自動(dòng)換刀裝置（ATC）和自動(dòng)刀具長(zhǎng)度測(cè)量裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)自動(dòng)操作。

11、美國(guó)Fabrisonic

Fabrisonic的超聲波焊接技術(shù)（UAM）是一種獨(dú)特的金屬增材制造技術(shù)。UAM技術(shù)中使用超聲波去熔融用普通金屬薄片拉出的金屬層，從而完成金屬部件的增材制造（3D打�。�。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)真正冶金學(xué)意義上的粘合，并可以使用各種金屬材料如鋁、銅、不銹鋼和鈦等。Fabrisonic的方法可以同時(shí)“打印”多金屬材料，該工藝能夠使用成卷的鋁或銅質(zhì)金屬箔片制造出帶有高度復(fù)雜內(nèi)部通道的金屬部件。

△圖：Fabrisonic 為NASA JPL制造的零件

UAM的制造過(guò)程包括通過(guò)使用頻率高達(dá)2萬(wàn)赫茲超聲波施加在金屬片上，用超聲波的振蕩能量使兩個(gè)需焊接的表面摩擦，構(gòu)成分子層間的熔合，然后以同樣的原理逐層連續(xù)焊接金屬片。之后，通過(guò)機(jī)械加工來(lái)實(shí)現(xiàn)精細(xì)的3D形狀，從而形成堅(jiān)實(shí)的金屬物體。

12、混合制造工具集成商3D-Hybrid

在這個(gè)眾多提供混合制造技術(shù)的公司中，3D-Hybrid是唯一的混合制造工具集成商，幾乎可以為任何CNC機(jī)床提供多種金屬沉積技術(shù)。3D Hybrid的目標(biāo)是將先進(jìn)的金屬增材制造（3D打印）技術(shù)應(yīng)用于突破性的應(yīng)用。該公司現(xiàn)在為CNC機(jī)床提供三種基于定向能量沉積的金屬3D打印技術(shù)，這三種技術(shù)雖然同為定向能量沉積工藝，但分別采用電氣、激光和動(dòng)力學(xué)作為能量源。

△圖：3D Hybrid 冷噴工具，可集成在CNC 機(jī)床中

目前最常用的定向能量沉積3D打印技術(shù)是基于激光的，3D Hybrid 可以針對(duì)特定應(yīng)用提供定制化的激光DED 3D打印技術(shù)，這種激光3D打印處理頭可以集成在CNC機(jī)床、機(jī)器人或者是其他運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中。另一種快速發(fā)展的金屬沉積3D打印技術(shù)是ARC焊接，ARC技術(shù)可以增材制造最廣泛的合金材料。 3D Hybrid正在申請(qǐng)專利一種ARC技術(shù)是可以建立在先進(jìn)的放電技術(shù)基礎(chǔ)之上。

3D-Hybrid還有另一種金屬沉積增材制造工藝是ColdSpray（冷噴）。這是一種最初為軸涂層應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的工藝，該工藝使用固體粉末，在氣體中加速至超音速，速度約為1600-3500英尺/秒。在與基板撞擊時(shí)，當(dāng)工具圍繞表面移動(dòng)時(shí)，顆粒塑性變形并與基板結(jié)合。冷噴涂技術(shù)的沉積速率通常約為5磅/小時(shí)，適用的合金材料包括銅，鎳，鋁，鈦，鈮，金屬基復(fù)合材料和鉭。3D-Hybrid 的Cold Spray技術(shù)針對(duì)高速和更硬的合金沉積需求而設(shè)計(jì)。

13、Autodesk

由軟件巨頭AutoDesk等10家企業(yè)和機(jī)構(gòu)聯(lián)合研發(fā)的增減材一體化設(shè)備——LASIMM據(jù)稱是世界最大的增減材一體化設(shè)備。LASIMM耗費(fèi)3年時(shí)間完成，采用與眾不同的“模塊化”結(jié)構(gòu)，它可以被靈活地重新配置到不同的項(xiàng)目中，制造產(chǎn)品無(wú)需后處理就能直接使用。LASIMM項(xiàng)目名稱已經(jīng)得到了歐盟Horizon 2020研究與創(chuàng)新項(xiàng)目的資金支持。此外，項(xiàng)目參與者之一的英國(guó)建筑公司Foster + Partners正在探索的全新金屬3D打印方法也可能被用到LASIMM上。

14、榎本工業(yè)（日本）

20216年，日本模具及制造設(shè)備開(kāi)發(fā)商ENOMOTO榎本工業(yè)株式會(huì)社與靜岡文化藝術(shù)大學(xué)和軟件開(kāi)發(fā)商C&G Systems共同合作，打造出了日本第一臺(tái)5軸混合制造3D打印機(jī)。據(jù)了解，這款3D打印機(jī)最大的特點(diǎn)是能夠在現(xiàn)有工業(yè)級(jí)5軸控制技術(shù)的基礎(chǔ)上連續(xù)進(jìn)行擠出式3D打印和銑削作業(yè)。

榎本工業(yè)發(fā)展部總監(jiān) Kawamura Takehire表示，常規(guī)的3D打印機(jī)基本上還是平面分層打印機(jī)，但這款機(jī)器是可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)平面分層和5軸分層。通常情況下，凹割（undercutting）是無(wú)法用于3 軸控制類型的數(shù)控機(jī)床的，但是在加上了另外兩軸——即傾斜和旋轉(zhuǎn)之后，就變成了可能。他們的機(jī)器可以在X、Y、Z、傾斜和旋轉(zhuǎn)軸上實(shí)現(xiàn)控制，從而可以打印出非常復(fù)雜的形狀。”

15、澳洲ANCA

2020年3月，澳大利亞墨爾本的CNC磨床制造商ANCA開(kāi)發(fā)出一個(gè)新的生產(chǎn)平臺(tái)，同時(shí)利用了增材制造和減材制造技術(shù)，可以在一臺(tái)機(jī)器上制造出定制設(shè)計(jì)的碳化鎢切削刀具。ANCA成立于1974年，現(xiàn)已成長(zhǎng)為領(lǐng)先的CNC磨床，運(yùn)動(dòng)控制和鈑金解決方案制造商，該公司99％的產(chǎn)品出口到超過(guò)45個(gè)國(guó)家/地區(qū)的海外客戶。因此，對(duì)于全球22億美元的切削工具市場(chǎng)，ANCA設(shè)計(jì)的新機(jī)床可以比傳統(tǒng)方法更經(jīng)濟(jì)地制造刀具。

△ANCA的機(jī)器，ANCA拍攝。

16、葡萄牙Adira

知名葡萄牙工具制造商Adira開(kāi)發(fā)出了一款十分獨(dú)特的混合金屬3D打印機(jī)，也是全球首臺(tái)“平鋪激光熔融”金屬3D打印機(jī)。這款機(jī)器在2016年10月底舉辦的德國(guó)漢諾威第24屆國(guó)際鈑金加工技術(shù)展上正式亮相，與市場(chǎng)上現(xiàn)有的金屬3D打印機(jī)相比，這款機(jī)器的獨(dú)特之處在于：

①融合了2種金屬3D打印技術(shù)，分別是粉床熔融（PBF）和直接金屬沉積（DMD）；

②打印倉(cāng)采用了模塊化設(shè)計(jì)，金屬粉末處理區(qū)域面積非常大，而且打印尺寸可超過(guò)打印倉(cāng)體積的限制，也就是說(shuō)采用了一種擴(kuò)容式設(shè)計(jì)；

③同時(shí)還融合了減材加工技術(shù)，即配備了多種工具頭（包括激光切割），可根據(jù)不同需求自由切換，而且使用同一個(gè)構(gòu)建平臺(tái)；

17、美國(guó)Thermwood

美國(guó)Thermwood于2021年3月31日宣布已完成了第一類新型3D打印和裁切系統(tǒng)LSAM 1010。這是一種固定工作臺(tái)的高墻系統(tǒng)，打印和裁切頭均安裝在一個(gè)龍門(mén)架上，工作臺(tái)尺寸為10×10平方英尺（約3×3平方米）。這比較大的雙龍門(mén)旗艦LSAM系統(tǒng)要小一些，但對(duì)于3D打印系統(tǒng)來(lái)說(shuō)已經(jīng)頗具規(guī)模。

LSAM 1010具有打印和裁切功能，但不能同時(shí)進(jìn)行打印和裁切。它使用與大型LSAM系統(tǒng)相同的40mm打印頭和五軸裁切頭，具有5英尺（約1.5米）高的打印和裁切功能。LSAM1010的龍門(mén)架更長(zhǎng)一些，以容納打印和裁切頭，同時(shí)還要使兩個(gè)工作頭的工作范圍都覆蓋整個(gè)平臺(tái)。因此，機(jī)器配備了更堅(jiān)固的龍門(mén)來(lái)支撐總重超過(guò)7000磅（約3200公斤）的兩個(gè)工作頭，而有效負(fù)載重量超過(guò)18000磅（約8200公斤）。盡管很重，機(jī)器仍能夠以每秒近三英尺（約90厘米）的速度移動(dòng)。

△40mm打印頭和五軸裁切頭

國(guó)內(nèi)市場(chǎng)

1、國(guó)家增材制造創(chuàng)新中心五軸激光增減材復(fù)合制造裝備

2020年9月，國(guó)家增材制造創(chuàng)新中心重磅推出了“五軸激光增減材復(fù)合制造裝備”，能夠?qū)崿F(xiàn)增材成形和減材加工的自由切換，完美呈現(xiàn)精密復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件精整加工，滿足增減材復(fù)合制造及修復(fù)再制造的需求。對(duì)于具有內(nèi)腔、內(nèi)孔、內(nèi)流道的復(fù)雜零件，在工藝制定階段，可以將其分段制造，逐段增材、逐段切削，實(shí)現(xiàn)內(nèi)腔的加工來(lái)保證質(zhì)量。

↑LDMH系列產(chǎn)品

2、武漢天昱智能制造有限公司/華中科技大學(xué)

武漢天昱智能制造有限公司與華中科技大學(xué)合作開(kāi)發(fā)的微鑄鍛銑一體化增材制造機(jī)床（點(diǎn)擊），是針對(duì)航空、航天等行業(yè)對(duì)大型鈦合金結(jié)構(gòu)件的一體化制造需求而研發(fā)的，集成了電弧 / 等離子弧快速成形、柔性微型軋制、數(shù)控加工、惰性氣氛保護(hù)等多種技術(shù)于一體，在熔積成形過(guò)程中對(duì)熔積工藝參數(shù)、熔積層表面形貌、制件冶金質(zhì)量進(jìn)行在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，對(duì)于在增材成形過(guò)程中產(chǎn)生的表面裂紋、未熔合、氣孔、夾渣等缺陷的無(wú)損檢測(cè)，采用多種無(wú)損探傷集成裝置，判定缺陷的大小、位置、性質(zhì)和數(shù)量；采用快掃紅外熱像儀測(cè)量成形件的溫度場(chǎng)和熱循環(huán)曲線、視覺(jué)成像分析診斷系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)電弧弧柱特征和熔池形態(tài)，并進(jìn)行數(shù)控減材加工，達(dá)到制造件的質(zhì)量要求。

△武漢天昱微鑄鍛銑復(fù)合增材制造機(jī)床

微鑄鍛銑復(fù)合制造技術(shù)由于突破了增材技術(shù)無(wú)法制造鍛件的瓶頸，一經(jīng)問(wèn)世便獲得了GE、空客、商飛、西飛、成飛等大型企業(yè)的高度關(guān)注，并展開(kāi)了相關(guān)合作。目前，該技術(shù)也已被列入“中國(guó)限制出口技術(shù)目錄”。

3、大連三壘機(jī)器股份有限公司

此外，國(guó)產(chǎn)增減混合五軸加工中心相對(duì)于國(guó)際同類裝備具有更高的性價(jià)比。大連三壘機(jī)器股份有限公司研發(fā)的 SVW80C-3D增減材復(fù)合五軸加工中心，是金屬噴粉激光熔融與立式加工中心復(fù)合機(jī)床。采用2kW光纖激光器，工件最大回轉(zhuǎn)直徑1000mm，工作臺(tái)最大承載850kg，主電動(dòng)機(jī)最大功率36kW，主軸最高轉(zhuǎn)速12000/min ，X/Y/Z 軸行程800mm/800mm/600mm，X/Y/Z 快移速度48m/min，A/C軸轉(zhuǎn)動(dòng)范圍±120°/360°。

△國(guó)產(chǎn)增減混合五軸加工中心SVW80C-3D快速制造復(fù)雜零件

4、漢邦科技

2019年，漢邦科技推出了一項(xiàng)稱為激光增材微切割混合制造的新技術(shù)（Laser Additive & Cutting Manufacturing，簡(jiǎn)稱LACM），其將選擇性激光熔融和超快（如皮秒、飛秒）激光切割技術(shù)結(jié)合，在每一層打印完成后采用超快激光對(duì)零件輪廓進(jìn)行精細(xì)化加工，從而直接制造出高表面質(zhì)量的零件。這是繼3D打印和傳統(tǒng)機(jī)械減材混合制造之后又一種新的技術(shù)整合。

△LACM技術(shù)工藝過(guò)程，包含選擇性激光熔融和超快激光切割兩步

△SLM+數(shù)控加工混合制造過(guò)程

目前看來(lái)，數(shù)控加工與增材制造的結(jié)合僅是增減材混合制造的一種形式。將超快激光切割技術(shù)與SLM相結(jié)合，則成為一種新的探索。超快激光切割材料時(shí)，每一個(gè)脈沖與材料相互作用的持續(xù)時(shí)間很短，避免了熱擴(kuò)散，屬冷加工過(guò)程，基本上消除了類似于長(zhǎng)脈沖加工過(guò)程中的熔融區(qū)、熱影響區(qū)、沖擊波等多種效應(yīng)對(duì)周?chē)牧显斐傻挠绊懞蜔釗p傷，具有極高的的加工精度。

5、廣州雷佳和華南理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)

2020年，在廣東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃支持下，華南理工大學(xué)、廣州雷佳增材制造公司等單位聯(lián)合研發(fā)了基于五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的激光增減材設(shè)備。此設(shè)備目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)五軸增減材開(kāi)發(fā)，采用高精度的三維移動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)合兩軸變位機(jī)實(shí)現(xiàn)五軸運(yùn)動(dòng)控制，結(jié)合特殊的“刀庫(kù)”中心實(shí)現(xiàn)銑刀、激光送粉、激光沖擊等模塊的自動(dòng)切換。并研發(fā)相應(yīng)激光頭運(yùn)行軌跡識(shí)別及控制、穩(wěn)定性控制和監(jiān)測(cè)、保護(hù)氣含量監(jiān)測(cè)、故障自動(dòng)保護(hù)、路徑規(guī)劃、數(shù)據(jù)處理等其他配套軟件和人性化人機(jī)操作界面。

△DED-500設(shè)備

△廣州雷佳自主研發(fā)激光增材送粉噴頭（集成光路、粉路、氣路、水路）

針對(duì)工業(yè)領(lǐng)域里大型構(gòu)件，在破損后需要修復(fù)工作，利用傳統(tǒng)的制造方法進(jìn)行很難修復(fù)，或者是返修周期非常長(zhǎng)，經(jīng)常是直接報(bào)廢零件，導(dǎo)致使用成本極大等問(wèn)題，而雷佳公司的數(shù)控機(jī)床增減材設(shè)備完美實(shí)現(xiàn)機(jī)件的快速修復(fù)。對(duì)破損機(jī)件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)掃描，對(duì)缺損部位進(jìn)行增材制造，并減材銑削提高精度，實(shí)現(xiàn)機(jī)件的修復(fù)。采用增減材設(shè)備對(duì)機(jī)件進(jìn)行修復(fù)可大大縮短機(jī)件返修周期，并極大的減少維修及更新成本。此外，激光5軸數(shù)控機(jī)床增減材設(shè)備還可應(yīng)用在汽車(chē)制造、核電等領(lǐng)域。采用激光＋銑削／激光強(qiáng)化的增減材手段可更短的生產(chǎn)周期制造出更為復(fù)雜幾何形狀的輪胎、汽車(chē)零部件、核電葉片等，減材過(guò)程也可以保證較高的精度。特別是針對(duì)大型工程車(chē)的復(fù)雜模具的直接成型，該種方式具有其他增減材難以比擬的優(yōu)勢(shì)。

△巨型輪胎模具

6、青海華鼎裝備制造有限公司

青海華鼎裝備制造有限公司展出的XF1200激光增減材五軸復(fù)合加工中心，是金屬噴粉激光熔融與立式加工中心復(fù)合機(jī)床。其激光器功率1 200W，最高送粉速率15g/min，工件壁厚1～5mm，轉(zhuǎn)速20 000r/min，刀柄采用HSK-A63，X/Y/Z軸行程600mm/450mm/450mm，B/C軸回轉(zhuǎn)范圍-115°～+30°/360°，床身為礦物鑄造。

7、山善（上海）貿(mào)易有限公司

山善（上海）貿(mào)易有限公司研發(fā)的Lumex Avance-25 3D加工中心，是金屬鋪粉激光燒結(jié)與立式加工中心復(fù)合機(jī)床，最大工件尺寸250mm×250mm，X/Y/Z/U/W軸行程2602mm/60mm/100mm/185mm/522mm。采用光纖激光，專用I-TechAvance新系統(tǒng)，15′三維觸屏易操作。復(fù)合加工交替進(jìn)行，可達(dá)到與加工中心相當(dāng)?shù)某叽缇群捅砻娲植诙龋瑹o(wú)需模具分割、電火花加工、電極設(shè)計(jì)、冷卻水路、組裝及調(diào)整等工序，實(shí)現(xiàn)單機(jī)單工序制作，還可進(jìn)行加工中心無(wú)法完成的深加強(qiáng)筋加工。

8、北京機(jī)電院機(jī)床有限公司

北京機(jī)電院機(jī)床有限公司XKR40-3D增減材復(fù)合機(jī)床工作臺(tái)直徑400mm，主軸最高轉(zhuǎn)速8000r/min，A軸擺轉(zhuǎn)范圍-110°/+10°，C軸旋轉(zhuǎn)范圍n×360°。5軸聯(lián)動(dòng)，通過(guò)增減材交替加工，實(shí)現(xiàn)增減材復(fù)合制造功能，滿足一些特殊零件或材料的需求。

9、上海航天一亙智能科技有限公司

上海航天壹亙智能科技有限公司是上海航天八院下屬的混合所有制公司。公司目前研發(fā)的主要產(chǎn)品包含高端五軸數(shù)控加工設(shè)備及核心部件、增-減材復(fù)合制造一體機(jī)、智能生產(chǎn)線、智能終端及智能制造系統(tǒng)平臺(tái)等系列產(chǎn)品。該公司產(chǎn)品SMU系列五軸聯(lián)動(dòng)萬(wàn)能銑床是一款緊湊型立式五軸聯(lián)動(dòng)加工中心，結(jié)構(gòu)緊湊，布置合理，采用對(duì)稱溫度結(jié)構(gòu)以及對(duì)稱機(jī)械結(jié)構(gòu)，具有剛性好、抗扭強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好和導(dǎo)軌精度高等特點(diǎn)。

10、山東雷石

山東雷石于2020 TCT亞洲展上展出了國(guó)產(chǎn)“直接能量沉積”五軸聯(lián)動(dòng)金屬3D打印機(jī)，以及增減一體化加工設(shè)備和超高速激光熔覆設(shè)備等面向工業(yè)應(yīng)用的產(chǎn)品。五軸聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了增材制造從平面切片向空間曲面切片，從三軸向五軸動(dòng)作的突破。五軸打印不僅可以任意角度傾斜，無(wú)需打印輔助支撐，節(jié)省大量時(shí)間和材料；而且能實(shí)現(xiàn)曲面定向和擺動(dòng)沉積，曲面不等厚度片、體沉積等，五軸控制積層造型，保證金屬零件的成型尺寸和形位精度，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面、功能梯度材料等的打印和修復(fù)工作。

△LATECLAM-150v

11、上海酷鷹

酷鷹是一家來(lái)自上海、專業(yè)從事超大型3D打印解決方案研發(fā)的公司，其研發(fā)的核心技術(shù)包括大流量3D打印擠出頭、大尺寸3D打印與五軸加工融合工藝、高性能復(fù)合材料及智能運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，已成功推出了超大型增減材一體化3D打印設(shè)備。相較于其他3D打印設(shè)備在效率和成本上有明顯的優(yōu)勢(shì)，甚至相比于傳統(tǒng)的塑料加工工藝，例如注塑、擠出等，在大件制作上也有其優(yōu)勢(shì)。

△3D打印飛機(jī)舷窗模具，尺寸1:1�？狷棛C(jī)器人的3D打印模具方案可以應(yīng)用在飛機(jī)艙門(mén)模具制造上，整個(gè)模具均由3D打印完成，耗時(shí)10小時(shí)，一次成型，可極大縮短模具制造周期。

12、深圳華領(lǐng)

華領(lǐng)智造成立于2017年，是國(guó)內(nèi)大型工業(yè)級(jí)3D打印設(shè)備的領(lǐng)先品牌，旗下有大尺寸3D打印設(shè)備及原材料研發(fā)制造基地，并且可以提供專業(yè)定制化3D打印服務(wù)。華領(lǐng)智造總經(jīng)理龍井表示他們的大尺寸3D打印機(jī)成型尺寸主要規(guī)格可以達(dá)到2×2米，2×4米，3×7米，每小時(shí)出料量可達(dá)20kg以上。此外，實(shí)現(xiàn)了增減材功能一體化，可以實(shí)現(xiàn)一邊3D打印，一邊CNC加工，工件出來(lái)就是比較高精度。原料上使用顆粒料，而不是絲材，材料成本大大降低，支持材料種類大大擴(kuò)展。自主研發(fā)的獨(dú)家材料——M01是打印主材料，S01是支撐材料。本質(zhì)是工程復(fù)合樹(shù)脂塑料，硬度和鋁合金一樣，密度是卻是1.3相當(dāng)于鋁的一半。材料自身是白色顆粒，還有半透明，顏色可以通過(guò)色母顆粒調(diào)配。

△成型尺寸可達(dá)6米的超大型增減材復(fù)合制造設(shè)備，加工速度25米/分鐘，3D打印速度20米/分鐘，最大擠出量可達(dá)25KG/h,支持ABS/PC/PLA/PETG等材料

13、南京英尼格瑪

英尼格瑪是國(guó)內(nèi)最早涉足電弧增材制造領(lǐng)域的廠商之一，據(jù)悉正在交付兩套大型智能增減復(fù)合加工系統(tǒng)ArcMan M3000。該系統(tǒng)采用六軸工業(yè)機(jī)器人、龍門(mén)式機(jī)床配合水平移動(dòng)、升降、旋轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)變位系統(tǒng)，兼具了機(jī)器人增材的靈活性、柔性與龍門(mén)銑床減材的穩(wěn)定性、精確性，并通過(guò)自主研發(fā)的增減復(fù)合路徑規(guī)劃軟件及西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)控制，結(jié)合專有的視覺(jué)技術(shù)及動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)增減材交替加工，真正做到增減材工藝深度融合，滿足大型復(fù)雜金屬構(gòu)件的高效增減復(fù)合加工成型，成型范圍可達(dá)2m*5m*1m。

14、中科煜宸

中科煜宸自主研發(fā)的柔性增減材復(fù)合制造裝備是國(guó)內(nèi)首套大尺寸、激光/電弧雙能束、多軸聯(lián)動(dòng)智能化金屬增減材制造裝備。其核心技術(shù)如下：
①多材料：激光/電弧3D打印材料包括鋁合金、鐵基合金、鈷基合金、鎳基合金等多種材料；
②雙能束：配備新型高熱穩(wěn)定加工頭及刀具快換裝置，能實(shí)現(xiàn)激光/電弧雙能束及減材加工復(fù)合制造；
③超大加工幅面：變位機(jī)工作臺(tái)φ2000mm，負(fù)載2噸，500KG機(jī)器人臂展2830mm；零件成形尺寸≥1500*1500*1000 mm；
④超高制造效率：電弧熔絲制造效率達(dá)900cm3/h，激光送粉成型效率達(dá)350cm3/h，銑削主軸轉(zhuǎn)速為12000r/min；
⑤搭載雙軸變位機(jī)，可實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)控制；
⑥高穩(wěn)定性：整體連續(xù)工作時(shí)間≥240h；
⑦自主軟件：配套增減材復(fù)合制造工藝設(shè)計(jì)軟件：實(shí)現(xiàn)不同功能算法模塊之間的數(shù)據(jù)協(xié)同處理，完成三維模型數(shù)據(jù)到增減材復(fù)合制造工藝文件的無(wú)縫銜接轉(zhuǎn)換；
⑧智能化裝備集成：實(shí)現(xiàn)熔池動(dòng)態(tài)閉環(huán)反饋控制、設(shè)備故障診斷預(yù)警、加工過(guò)程可追溯。

15、南京聯(lián)空智能
主要功能:
“五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控型增材-減材復(fù)合成形制造中心”由南京聯(lián)空智能增材研究院有限公司自主研發(fā)，具有受控電弧增材和五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑削減材和高精度復(fù)合成形制造等三大功能。是一種將受控電弧增材、五軸聯(lián)動(dòng)減材高度集成，采用加工中心模式研制的一款高效高精度高性能增-減材復(fù)合成形制造裝備，該裝備以受控電弧作為主要熱源，通過(guò)加熱熔化不同材質(zhì)的絲材、實(shí)現(xiàn)近米級(jí)尺度異質(zhì)異構(gòu)金屬?gòu)?fù)雜構(gòu)件整體成形，同時(shí)在線換刀、換槍，在線實(shí)時(shí)切削加工減材，實(shí)現(xiàn)了增材-減材的協(xié)同和同步，做到了真正的復(fù)合成形，可以整體成形復(fù)雜內(nèi)腔、橄欖型內(nèi)部結(jié)構(gòu)等復(fù)雜構(gòu)件的高精度高效率成形制造，適用的金屬構(gòu)件包括普低鋼、不銹鋼、高強(qiáng)超高強(qiáng)鋼、高氮鋼、銅合金、鋁合金、鈦合金等腔體型、箱型、艙體型、框梁型等復(fù)雜結(jié)構(gòu)件。解決了增材無(wú)法加工內(nèi)壁、型腔等，大大降低了打印后的制造成本。

裝備構(gòu)成：
“五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控型增材-減材復(fù)合成形制造中心”主要由“主體框架結(jié)構(gòu)”、“高精度高剛度動(dòng)橫梁系統(tǒng)”、“高精度二軸U型協(xié)同變位裝置”、“增材立體平臺(tái)”、“五軸數(shù)控系統(tǒng)”、“受控電弧數(shù)字電源系統(tǒng)”、“增材槍體”、“減材切削動(dòng)力與刀具快裝裝置”、“槍-刀換裝裝置”、“刀具架”、“輸氣系統(tǒng)”、“數(shù)字雙送絲系統(tǒng)”、“系統(tǒng)控制器”、“分層建模軟件”、“參數(shù)和視覺(jué)傳感裝置”等組成。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)和水平:
(1)可實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)CMT弧增材、等離子弧增材、銑削、鏜削、鉆削等復(fù)合增-減材成形功能，可實(shí)現(xiàn)多種增材和自動(dòng)減材復(fù)合成形制造，該套裝備為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)、具有裝備集成度高、剛性好、過(guò)程平穩(wěn)、適應(yīng)增在線原位復(fù)合高效成形制造等特點(diǎn)；
(2)可用于800mm×800m×500m級(jí)中大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)和多維異質(zhì)異構(gòu)結(jié)構(gòu)件的受控電弧增材-切削減材復(fù)合整體成形制造, 過(guò)程穩(wěn)定、質(zhì)量?jī)?yōu)良、效率高，適應(yīng)面寬;
(3)可實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)超高強(qiáng)鋼、鋁合金、銅合金、高溫合金、高氮鋼、普低鋼、不銹鋼等增材構(gòu)件的在線增材-切削加工制造;
(4)具有增材成形加工效率高、質(zhì)量好、成本較低、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)，最高成形效率5kg/h，最高成形精度0.4mm，最高減材加工精度3.2μm;
(5)系統(tǒng)可與數(shù)字化車(chē)間互聯(lián)互通，推送給工藝規(guī)范及相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可實(shí)時(shí)在線動(dòng)態(tài)感知工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能管控。

結(jié)語(yǔ)

由以上國(guó)內(nèi)外增減材混合制造設(shè)備的研發(fā)現(xiàn)狀可以看出，國(guó)外針對(duì)增減材混合制造的研發(fā)起步早，已出現(xiàn)了一批商業(yè)化的增減材混合制造機(jī)床。國(guó)內(nèi)針對(duì)增減材混合制造的研發(fā)起步較晚，但是研發(fā)勢(shì)頭較強(qiáng)，正在迎頭趕上，而且還出現(xiàn)了國(guó)外所沒(méi)有的一些特色增減材混合制造機(jī)床。隨著增減材復(fù)合制造技術(shù)的發(fā)展和逐漸成熟，將涌現(xiàn)出越來(lái)越多功能強(qiáng)大的復(fù)合制造設(shè)備，涵蓋越來(lái)越多的應(yīng)用領(lǐng)域。

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