堪比神器！國產(chǎn)最新五軸增減混合加工設(shè)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(chǎn)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(jī)床具有高精準(zhǔn)度和易于切削加工等優(yōu)點(diǎn)，因此，將傳統(tǒng)機(jī)床與增材制造相結(jié)合的混合加工技術(shù)可以兼得兩者的優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

《3D打印世界》了解到，這樣的混合加工設(shè)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(shù)前沿。增減材料復(fù)合五軸數(shù)控機(jī)床，是將激光技術(shù)與五軸高端機(jī)床相結(jié)合，首先通過激光發(fā)生器，按照設(shè)定的程序打印出客戶所需要的零部件機(jī)構(gòu)，然后自動切換到加工中心刀具頭進(jìn)行進(jìn)一步的精細(xì)加工。

例如知名德國機(jī)床廠商DMG MORI（德瑪吉）公司就將銑削加工技術(shù)與激光金屬沉積加工工藝結(jié)合在一起，推出了一款3D金屬打印復(fù)合5軸加工機(jī)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(jī)床，將激光近凈成形技術(shù)和銑削加工技術(shù)合二為一，技術(shù)創(chuàng)新居國內(nèi)領(lǐng)先。


什么是近凈成型技術(shù)？

激光近凈成形（Laser Engineered Net Shaping， LENS）技術(shù)，也叫激光熔化沉積（Laser Metal Deposition，LMD），于上世紀(jì)90年代由美國Sandia國家實(shí)驗(yàn)室首次提出，美國Michigan大學(xué)稱為直接金屬沉積DMD（Direct Metal Deposition），英國伯明翰大學(xué)叫做直接激光成形DLF（Directed Laser Fabrication），中國西北工業(yè)大學(xué)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(yàn)協(xié)會（ASTM）標(biāo)準(zhǔn)中將該技術(shù)統(tǒng)一規(guī)范為金屬直接沉積制造（Directed Energy Deposition，DED）技術(shù)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(diǎn)，將粉末熔化沉積，并通過機(jī)構(gòu)的相對移動，層層累積獲得預(yù)期的實(shí)體。

相對于其他金屬增材制造技術(shù)，近凈成型技術(shù)的優(yōu)勢在于沉積效率高，裝備成本低，適合大型復(fù)雜零件的接近最終形狀的直接制造，可以得到冶金結(jié)合的致密金屬實(shí)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(jìn)一步進(jìn)行機(jī)械加工后使用。


增減混合五軸加工為何強(qiáng)大？

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

增減混合五軸加工中心裝備的意義在于首先實(shí)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(nèi)對三維實(shí)體進(jìn)行沉積打印，造成了復(fù)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(zhì)量會大大提高。

下面是這款設(shè)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(shí)體都可作為支撐，也就無需打印輔助的支撐結(jié)構(gòu)，節(jié)省了時(shí)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(shí)現(xiàn)復(fù)雜內(nèi)流道以及干涉曲面等原來無法實(shí)現(xiàn)的加工，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不再受限于工藝，設(shè)計(jì)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(shè)備對打印完成的樣件進(jìn)行研磨的演示：

目前大連海博瑞思科技已經(jīng)完成了實(shí)驗(yàn)裝置的裝配、調(diào)試，并且在較短的時(shí)間內(nèi)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(jìn)展順利。

制造的樣件：

打印的316L材料樣件經(jīng)過常溫力學(xué)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(jī)床還可以實(shí)現(xiàn)表面涂層改性、修復(fù)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(jié)合的添料熔覆層，以達(dá)到改善其表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等性質(zhì)的目的。

修復(fù)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(fù)損傷零件的幾何性能和力學(xué)性能，使零件再次達(dá)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(yīng)用于航空、航天等領(lǐng)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(shí)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(dǎo)率幾乎是工具鋼的6倍，從而達(dá)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(luò)）

總結(jié)以上幾點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)，有了這樣一臺機(jī)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(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)、生產(chǎn)和銷售為主要業(yè)務(wù)的公司。其主要產(chǎn)品為PE/PP雙壁波紋管自動化生產(chǎn)線、PVC雙壁波紋管自動化生產(chǎn)線、數(shù)控單機(jī)及精密模具等。相關(guān)資料顯示，三年前，公司就決定將投入資金在高端機(jī)床的基礎(chǔ)上延伸發(fā)展，結(jié)合3D打印技術(shù)，機(jī)器人（300024）技術(shù)，研發(fā)具備國際領(lǐng)先技術(shù)的增減復(fù)合五軸數(shù)控機(jī)床。

延伸閱讀：
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《逆天了，DMG 數(shù)控金屬3D打印復(fù)合5軸加工機(jī)床》
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來源：3D打印世界