堪比神器！國產最新五軸增減混合加工設備

3D打印增材制造無疑是非常高效快速的一種成型制造方式，但其產品幾何尺寸精度和表面光潔度都不太理想，而傳統(tǒng)數(shù)控機床具有高精準度和易于切削加工等優(yōu)點，因此，將傳統(tǒng)機床與增材制造相結合的混合加工技術可以兼得兩者的優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。

《3D打印世界》了解到，這樣的混合加工設備已經(jīng)出現(xiàn)不少，其中五軸聯(lián)動增減混合加工處于技術前沿。增減材料復合五軸數(shù)控機床，是將激光技術與五軸高端機床相結合，首先通過激光發(fā)生器，按照設定的程序打印出客戶所需要的零部件機構，然后自動切換到加工中心刀具頭進行進一步的精細加工。

例如知名德國機床廠商DMG MORI（德瑪吉）公司就將銑削加工技術與激光金屬沉積加工工藝結合在一起，推出了一款3D金屬打印復合5軸加工機床。日前，上市公司大連三壘（股票代碼：002621）旗下的大連海博瑞思科技有限公司推出了一款五軸聯(lián)動增減混合機床，將激光近凈成形技術和銑削加工技術合二為一，技術創(chuàng)新居國內領先。


什么是近凈成型技術？

激光近凈成形（Laser Engineered Net Shaping， LENS）技術，也叫激光熔化沉積（Laser Metal Deposition，LMD），于上世紀90年代由美國Sandia國家實驗室首次提出，美國Michigan大學稱為直接金屬沉積DMD（Direct Metal Deposition），英國伯明翰大學叫做直接激光成形DLF（Directed Laser Fabrication），中國西北工業(yè)大學黃衛(wèi)東教授稱其為激光快速成形LRF（Laser Rapid Forming）等。后來美國材料與試驗協(xié)會（ASTM）標準中將該技術統(tǒng)一規(guī)范為金屬直接沉積制造（Directed Energy Deposition，DED）技術的一部分，即使用激光作為熱源，將金屬粉通過噴嘴聚集到激光束的焦點，將粉末熔化沉積，并通過機構的相對移動，層層累積獲得預期的實體。

相對于其他金屬增材制造技術，近凈成型技術的優(yōu)勢在于沉積效率高，裝備成本低，適合大型復雜零件的接近最終形狀的直接制造，可以得到冶金結合的致密金屬實體。但其制作零件的尺寸精度和表面光潔度都不太好，一般作為毛坯，需進一步進行機械加工后使用。


增減混合五軸加工為何強大？

將近凈成型技術和傳統(tǒng)五軸加工技術融合于一體的混合五軸增材制造技術很好的發(fā)揚的各自的優(yōu)點，彌補了對方的缺點。

增減混合五軸加工中心裝備的意義在于首先實現(xiàn)了近凈成形增材制造從三軸向五軸的飛躍。一般意義上的3D打印，是指三軸或者兩軸半方式，使用平面內對三維實體進行沉積打印，造成了復雜零件的表面光潔度差。如果使用空間變換姿態(tài)讓打印頭始終沿著曲面的切向擺動，則打印出的零件表面質量會大大提高。

下面是這款設備的加工過程演示：

五軸的空間變姿態(tài)意味著任何已有的實體都可作為支撐，也就無需打印輔助的支撐結構，節(jié)省了時間，材料和后處理過程。

增減混合五軸加工中心裝備的意義其次在于增減混合制造的創(chuàng)新優(yōu)勢。增減混合，可以在堆積過程中交替打印堆積和切削冷加工，從而實現(xiàn)復雜內流道以及干涉曲面等原來無法實現(xiàn)的加工，使結構設計不再受限于工藝，設計者的主要精力著眼于改善零件使用性能。所以增減混合工藝是一個新的工藝，有可能改變制造的方式。

下面是這款設備對打印完成的樣件進行研磨的演示：

目前大連海博瑞思科技已經(jīng)完成了實驗裝置的裝配、調試，并且在較短的時間內完成了螺旋曲面、球面、空心不規(guī)則曲面等多種零部件的打印測試工作，研發(fā)進展順利。

制造的樣件：

打印的316L材料樣件經(jīng)過常溫力學性能測試，性能超過鍛件。

一步到位的加工中心

此外，這款五軸聯(lián)動增減混合機床還可以實現(xiàn)表面涂層改性、修復再制造和功能梯度材料等功能。

表面涂層改性：可通過在基層表面形成與其冶金結合的添料熔覆層，以達到改善其表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等性質的目的。

修復再制造：通過增減混合的方式，在不破壞零件本體性能的前提下，恢復損傷零件的幾何性能和力學性能，使零件再次達到使用要求。具有節(jié)約成本、節(jié)能環(huán)保等顯著優(yōu)勢。主要應用于航空、航天等領域。

功能梯度材料：可以通過激光熔覆的方法制備功能梯度材料，真正實現(xiàn)成分的梯度分布。如國外某公司制造的汽車座椅安全帶模具,該模具是在銅基上熔覆工具鋼。銅合金的熱傳導率幾乎是工具鋼的6倍，從而達到節(jié)約成本的目的。

▲汽車座椅安全帶的模具（圖片來自網(wǎng)絡）

總結以上幾點可以發(fā)現(xiàn)，有了這樣一臺機器，簡直什么都能干了，難怪業(yè)界稱其為創(chuàng)新的利器，萬能的實驗平臺，一步到位完成零件的真正加工中心。

《3D打印世界》了解到，大連海博瑞思科技母公司大連三壘是一家以塑料管道成套制造裝備的研發(fā)、設計、生產和銷售為主要業(yè)務的公司。其主要產品為PE/PP雙壁波紋管自動化生產線、PVC雙壁波紋管自動化生產線、數(shù)控單機及精密模具等。相關資料顯示，三年前，公司就決定將投入資金在高端機床的基礎上延伸發(fā)展，結合3D打印技術，機器人（300024）技術，研發(fā)具備國際領先技術的增減復合五軸數(shù)控機床。

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《逆天了，DMG 數(shù)控金屬3D打印復合5軸加工機床》
《日本神獸級5軸工業(yè)級3D打印切削設備！增材減材一起來》

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來源：3D打印世界