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11/22/2021

增材制造工艺的未来

快速成型技术为零件几何形状的设计提供了全新的自由度,并日益成为机械加工技术的重要补充。因此,"金属三维打印 "的新工艺在越来越多的制造企业中出现,并逐渐走出小众领域,进入更广泛的应用环境。

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激光沉积焊接现在归属于定向能沉积(DED)领域,它很早就得到了重视。粉末通过一个同轴粉末喷嘴导入激光束,激光束会精确地熔化粉末。该工艺的特点是极高的堆积率。利用数控铣床的全五轴运动技术,逐层加工部件。这里不需要像粉末床那样的支撑几何形状,因为五轴运动学总是能将部件带到相对于激光喷嘴的正确位置。集成的双粉末输送机可同时供应两种不同的材料。通过这种方式,可以交替使用不同的金属,使部件具有所需的特性,例如,在某些区域具有更高的导热性或不同的硬度。还可以生产分级材料,实现从材料 A 到材料 B 的平滑过渡。

另一种突出的工艺是金属粉末选择性激光熔化(SLM)。将粉末薄层涂抹在建筑平台上,然后根据部件的几何形状用激光进行局部熔化。根据工件的三维模型事先计算出需要暴露的层的面积。生产流程结束后,多余的粉末可以提取并重新使用。由于应用范围广泛,该工艺领域已有无数种材料粉末可供使用。这意味着可以用系列材料生产功能性工件(原型),并测试其适用性。从各种钢材、铝材、钴铬合金、镍合金到铜和钛合金,都可用于生成部件结构。

带有粉末喷嘴和激光的部件结构
带有粉末喷嘴和激光的部件结构

定向能量沉积(DED)和选择性激光熔融(SLM)这两种工艺在可产生的公差、堆积率和生产速度方面存在本质区别。例如,激光沉积焊接的精度低于粉末床工艺。然而,就其与混合机床的集成能力而言,它在生产率方面具有优势。这是因为在一次装夹中就可以扩展出与传统加工相同的增材制造部件结构。因此,原则上说,两种工艺都有其合理性--而且是在不同的行业。

在粉末床中,通过激光选择性地熔化粉末,一层一层地制造出部件。
在粉末床中,通过激光选择性地熔化粉末,一层一层地制造出部件。

DED 设备在模具制造和航空航天领域的应用早已深入人心。在维修领域,受损部件可以重建,维修方案既快速又经济。在医疗技术领域,可在 SLM 机器的粉末床中制造出针对病人的牙科假体或关节假体解决方案。

增材制造的成功秘诀

与传统工艺相比,快速成型技术为设计和制造提供了一种全新的方法。在备件可用性、内部几何形状、复杂部件结构或少量生产的环境中,增材制造具有巨大潜力。另一个机遇来自于可显著改善产品性能的应用场景。

例如,拓扑优化可以大大提高部件的性能。例如,可增材制造(仿生)结构可用于减轻重量,同时实现极高的稳定性。因此,增材制造工艺具有很多优势,尤其是在对部件性能有较高或非常特殊的要求时。在适当的条件下,将金属三维打印与有针对性的后处理相结合的端到端工艺链通常也比传统工艺更经济。

增材制造意味着快速成型思维

快速成型需要重新思考设计
快速成型需要重新思考设计

为了充分挖掘增材制造部件的潜力,必须在产品开发中改变思维方式。这方面的挑战在于实际应用和识别特定领域的潜力。这反过来又要求对各种可能性有基本的了解,并采取不偏不倚的方法。在最好的情况下,客户可以依靠专业的分析,了解快速成型技术能为公司带来的附加值,以及如何利用该技术优化部件的性能和功能,和/或以更经济的方式进行生产。

由于上述增材制造的限制因素,3D 打印是对传统加工技术的一种有利补充,但不能取代传统加工技术。考虑到增材制造在各行各业的进一步发展,以及与新商业模式的融合,其未来潜力尤其值得期待。

通过 DMG MORI 实现增材制造的一致性

DMG MORI 自 2013 年以来一直为客户提供增材制造的集成工艺支持,最初是在激光堆焊的基础上使用 LASERTEC DED 和 LASERTEC DED 混合 和 LASERTEC DED 混合系列的激光堆焊,几年来还通过 LASERTEC SLM 系列。作为全球机床制造市场的领导者,DMG MORI 将快速成型工艺与一系列高性能加工解决方案相结合。CELOS 作为一个包罗万象的界面,在这里提供了与技术无关的一致操作(用户体验)的可能性。

甚至在快速成型工艺链实施之前,DMG MORI 凭借其在金属三维打印和传统机械加工方面的全面专业知识,在自己的增材制造卓越中心为相关方和用户提供支持。我们的目标是提供最佳的制造解决方案,为实现更经济的生产和更高质量的产品铺平道路。

DMG MORI 在快速成型和数控技术方面拥有丰富的经验,可以提供四种快速成型工艺链。例如,工件可以首先在 LASERTEC SLM 机器上的粉末床中成型,然后通过机械加工进行后处理。通过这种方式,可以生产出精度极高的快速成型部件。用户还可以将加工过程置于上游。例如,可以生产铣头的基本主体。最后,模具的复杂结构,包括内部冷却通道,都是在粉末床中完成的。

在粉末喷嘴领域,两个工艺链的重点也是将快速成型和机械加工相结合。LASERTEC 65 DED 用于纯激光堆焊,可制造要求苛刻的部件或多种材料应用,最大尺寸为 ø 650 x 560 毫米,完全无支撑轮廓。随后在 DMG MORI 的通用加工中心上进行精加工时,平面、配合或螺纹的加工精度都能达到要求。使用 LASERTEC DED 混合 机型,DMG MORI 将这一工艺链整合在一个工作区内。根据需要,用户可以在使用粉末喷嘴的快速成型加工和五轴联动加工或六面整体加工之间来回切换。这样就可以生产更加复杂的工件。视应用而定、 DED DED 混合机床可加工的工件最大可达 ø 1,010 × 3,702 mm。