如何在生產中結合增材制造和減材制造？專家給出建議！

導讀：近年來，增材制造和減材制造的結合越來越受歡迎，在全球范圍內產生了重大影響。由于多項技術進步，許多行業(yè)已經受益于所謂的“混合制造”來制造最終零件。事實上，盡管兩種生產方法之間存在差異，但它們可以以互補的方式使用，以充分利用它們。然而，為了能夠在生產中實施這些技術，準確了解這些技術的組成部分非常重要。

針對于上述問題，南極熊在本期文章中總結了三位國外制造業(yè)專家（人員名單見下圖）的意見，他們就如何在生產鏈中最佳地實施增材和減材制造向我們提供了詳細的意見和建議。

△彼得·吉諾維斯、埃琳娜·洛佩茲和布賴恩·克里斯塔波尼斯

第一位專家是SolidCAM Additive 3D 打印應用工程師彼得·吉諾維斯（Peter Genovese ）。他從事增材技術工作已近十年，并利用自己的專業(yè)經驗來確定增材技術如何最適合各種制造環(huán)境。接下來，埃琳娜·洛佩茲（Elena Lopez）擔任 Fraunhofer IWS 增材制造部門的負責人。她還是增材制造領域的兼職教授，并擔任 Women in 3D Printing 歐洲區(qū)域總監(jiān)。最后，布萊恩·克里斯塔波尼斯 (Brian Kristaponis) 是飛利浦 ( Phillips)混合部門的總經理，飛利浦 (Phillips) 是一家為各種市場提供制造解決方案和新技術的領先供應商。

增材制造和減材制造的特點

在討論如何實施混合制造之前，了解兩種方法之間的顯著差異非常重要。增材制造由一層一層地分層材料組成，直到創(chuàng)建出所需的零件。在常見的 3D 打印技術系列中，包括：材料擠出、材料噴射、粘合劑噴射、槽光聚合、粉末床熔融、定向能量沉積 (DED)和片材層壓。同時，減材制造包括通過從塊或較大零件中提取材料來制造零件。這些減材加工包括數控加工（銑削、車削、鉆孔、鏜孔、鏜孔、磨削）、激光切割、放電加工和水射流切割。

這兩種制造工藝都有其優(yōu)點和局限性，因此有必要了解它們，以便了解每種情況下使用什么�，F在讓我們看看公司通過結合這兩種技術可以獲得的好處。SolidCAM 專家 Peter Genovese 解釋說：“這種混合制造的主要優(yōu)點之一是能夠使用 3D 打印首先打印非常復雜的有機幾何形狀，否則僅通過減材加工來生產這種幾何形狀是不可能的或成本過高。然后，使用減材加工來獲得零件關鍵特征所需的高水平尺寸精度和嚴格公差�！睋Q句話說，混合制造將增材制造和減材制造相結合，充分利用兩種工藝的優(yōu)點并將它們整合到一臺機器中，從而使混合生產更快、更輕松地為最苛刻的行業(yè)制造最終零件。

就整個工藝而言，Brian Kristaponis 補充道：“混合工藝可以減少所需原材料的數量，從而減少創(chuàng)建近凈形狀的周期時間。它可以實現內部幾何形狀，減少對特定尺寸原材料的需求，并通過消除粗加工過程來降低總體模具成本。” 此外，值得注意的是選擇正確的工藝（加法和減法）以充分利用每個特定應用的重要性。

△A. 減材制造工藝/B. 增材制造工藝。

如果我們專門關注 3D 打印，我們會發(fā)現每種技術都有其關鍵特征，這些特征將影響其作為減材制造的補充的使用。Elena Lopez 也指出了這一點，她解釋說：“并非所有增材制造技術都適合提高零件的可擴展性或以便捷的方式進行維修�！� 在這種選擇中需要考慮的因素包括：增材工藝的分辨率或公差、與技術兼容的材料以及零件特定后處理的需要。下面將更詳細地討論后處理。

混合制造：需要考慮的其他方面

除了制造過程本身之外，還必須了解生產鏈中其他方面的重要性。在談論混合制造時，第一步（設計）和最后一步（后處理）發(fā)揮著關鍵作用。詳細了解這兩種工藝的功能將使公司能夠充分利用增材和減材生產來制造最佳的最終零件。

設計階段通常直接取決于用于創(chuàng)建零件的制造工藝。埃琳娜和彼得都同意增材制造和減材制造在設計方面分別遇到更多限制。洛佩茲解釋說：“并非所有設計都可以在數控機床上加工。特別復雜的內部結構可能不是最合理的方法�！�

對此，吉諾維斯則表示：“一般來說，對于CNC 加工，隨著設計復雜性的增加，加工該零件的難度也會增加。 另一方面，對于增材制造，在很多情況下零件復雜性的增加并不會導致制造更加復雜�！�

Kristaponis 最后提到了混合制造中的設計流程：“內部特征的復雜性非常適合混合流程。使用混合制造模式，您可以在整個過程中重復沉積和加工。這使我們能夠生產具有高質量機加工內部特征的零件，這是嚴格的增材制造或 CNC 工藝無法實現的�！� 因此，通過結合這兩種技術，設計人員可以更自由地根據零件性能設計零件，而不必受到單一制造方法的限制。

△設計是混合制造的一個重要階段（照片來源：nTopology）

另一方面，還有后期處理。此步驟在大多數制造過程中至關重要，因為它可以使零件具有更好的表面光潔度，或者在某些情況下，可以增強其機械性能，以滿足更苛刻的應用。從這個意義上說，三位專家一致認為，這是一個至關重要的考慮因素，不僅是在獲得零件之后，甚至是在獲得零件之前。設計模型時必須考慮要實施的后處理類型，因為零件的形態(tài)可能會有所不同。事實上，洛佩茲解釋說：“根據所使用的混合工藝，預期的表面粗糙度可能與簡單的 3D 打印工藝不同。如果使用減材技術，則在設計和加工路線中必須考慮要去除的材料量�！�

吉諾維斯同意這一點，但也提到了零件公差：“要記住的一件事是，您經�？梢源蛴�無法加工的形狀。如果您需要對零件進行后加工以達到關鍵公差，請確保在使用更傳統的減材技術打印零件后可以訪問這些位置。最后，布萊恩針對后處理問題提出了看法，總結道：“理想情況下，您希望生成一個在所有方向上材料數量均勻的近凈形狀。這使得加工過程更加可預測，并可以減少加工時間，因為可以減少或省略半精加工操作。”最后一點很有趣，因為否則我們會遇到某些問題。如果零件未成型，則并不總是可以重新沉積它，這會導致零件不符合公差。

△在混合制造中，后處理用于獲得所需的表面光潔度。對于金屬技術，它是通過數控加工等技術來完成的

最后幾句話的建議

“向已經走過這條路的人伸出援手，幫助指導您走上自己的旅程。增材制造和數控加工的世界極其廣闊。僅僅知道有哪些選項，更不用說如何一起利用這些選項，是一項非常困難的任務。尋找與您類似的行業(yè)中在混合制造方面取得成功的顧問或公司是幫助您篩選所有選項的絕佳資源。” ——彼得·吉諾維斯

“你必須仔細分析預期的用例并評估什么對他們來說最重要。添加數控加工技術需要雇用或培訓這些其他技術的專家�；旌现圃旖鉀Q方案可能不是最具成本效益的，但它可以為未來的應用增加靈活性。” ——埃琳娜·洛佩茲

“對于使用 CNC 機床作為運動控制系統的混合機床，您需要一個能夠同等支持這兩種技術的 CAM 軟件解決方案。隨著更多的機器進入市場，軟件公司將投入更多的資源，使這些機器的編程變得更容易、更快捷，并實現增材和減材之間的無縫集成。” ——布萊恩·克里斯塔波尼斯