专访薛飞:激光送粉增材+五轴减材金属3D打印复合工艺,做自主高端装备

3D打印人物
2019
09/23
09:30
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2019年9月19-21日,IAME中国(西安)国际3D打印博览会暨高峰论坛在西安高新国际会议中心举办。2019IAME旨在搭建增材制造(3D打印)科技创新的开放合作共享交流平台,汇聚全球顶尖的增材制造(3D打印)领域成果及人才,促进行业各环节、产业链的衔接融合。南极熊作为战略合作媒体,到西安现场全程报道。


南极熊在现场采访了国家增材制造创新中心薛飞博士。
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△国家增材制造创新中心薛飞博士(右)
南极熊:薛博士你好,我是来自南极熊3D打印网记者。首先想请您介绍一下增材和减材复合这种工艺的优缺点,以及国内外的应用情况?

薛博士:好的,谢谢。增材和减材复合的目的主要是发挥各自的优势,增材比较适合复杂形状和自由曲面的制造,但是它的精度和表面质量众所周知,受到原理的制约一般达不到我们的使用要求,而减材是我们已经非常成熟的切削加工手段。

我们把增材和减材复合起来,通过增材实现零件的近净成形,通过减材来保证它的表面质量和精度,这样能够制造出合格的零件,同时增减材复合制造还提供了一种新的工艺,就是我们说的边增边减,对于这种具有内腔、内孔、内流道这样的复杂零件,在它的工艺制定阶段,我们可以把它分段制造,逐段的增材,逐段的切削,实现内腔的加工来保证它的质量。

技术应用难点和场景

南极熊:据我们了解这项技术还是一项比较新的技术,尤其在国内做这方面研究的并不是很多,那么据您的预测,这项技术的应用大概还有一个什么样的时间节点,包括它在应用当中有没有什么样的障碍?

薛博士:在增减材复合制造设备方面,其实我们可以看到产业化的设备已经有一些了,只是功能有一些差别,有些设备主要侧重于不锈钢、高温合金这样的材料,有些设备它能兼顾钛合金这样易氧化的材料,设备是相对成熟的,主要现在应用的难点是工艺的复合,也就是说怎么把增材和减材两个不同原理的加工给它复合起来,因为增材本身有热输入,它会引起变形,那么减材需要有一些冷却的手段,所以说增减材复合怎么样能实现边增边减,那么我们就得考虑两者之间互相的影响。

所以说,现在增减材复合它主要的难点是工艺复合,我们觉得随着现在在线热处理,包括在线监测、闭环控制等这一系列控形控性手段的发展,增减材复合走向成熟也是指日可待的。

南极熊:这项技术本身有一定的独特性,那么它应用领域的话主要适合于哪些场景呢?

薛博士:应用领域最典型的包括航空航天、核能、石油这些领域,因为这些领域的零件特点就是形面复杂,结构复杂,对表面质量和精度要求也比较高,所以我们增减材复合正好能够发挥增材近净成型,减材保证质量、保证加工精度这样的特点来实现复杂零件的加工。它的目标是对于航天航空复杂零件能够提高材料利用率,缩短制造周期,进一步有可能在产品的设计阶段,推动产品的轻量化设计和一些复杂形面的创新设计。

国外金属3D打印增减材复合工艺发展情况


南极熊:日本在这项技术上走得比较靠前,但是日本的高端设备对中国有一定的进口限制,技术进口限制方面您怎么看?

薛博士:限制进口,这个是一个不能回避的问题,也就是说我们通常说的卡脖子问题。不管日本也好、欧美也好,它技术成熟,但是不卖给我们,但是这个对我们航空航天的发展又是一个关键技术,所以说这是我们需要重点的攻克的一个难题。

那么我还想提到的一点,您刚才说的松浦增减材复合,其实它侧重于铺粉增材和三轴铣削的复合,它这种复合式通常是在增材一层或者几层以后进行三轴的切削,它的应用主要是在模具里。国际上德玛吉这样一些大的企业,它也有在做这项研究,主要是把送粉或者电弧送丝的增材制造技术和剪裁复合起来,那么它的特点能够突破铺粉增材对零件的体积大小和成型尺寸大小的限制,而且对于零件的复杂程度也有更大的自由度,因为我们可以把五轴机床和增材成形复合起来,实现增减材复合,那么五轴机床它可以自由的变换零件的姿态,能够保证成型的方向始终在他的法线方向,同时也能保证它的成型质量。所以说我想说的就是,我们现在目前做的送粉式的增材制造技术和减材复合与松浦的相比,它是两种不同的复合工艺,那么所以说我们现在研究送粉和减材复合是为了解决这些复杂型面、内孔、内腔、内流道的问题,那么同时也是为了解决您刚才说的国外对我们的禁用问题,攻克关键技术。

送粉金属3D打印增减材复合工艺的成型尺寸


南极熊:咱们送粉工艺,我觉得应该是它的成型尺寸会更大一些?

薛博士:送粉成型大家都知道它是通过熔敷头把这个粉和激光偶合起来实现成形,那么理论上来讲它运动机构有多大就能成型大多尺寸,当然肯定还会受到控形控性等一系列问题的影响,但是理论上来讲,就是运动机构有多大成型尺寸就有多大。

南极熊:咱们今天展会有带这款设备吗?

薛博士:今天我们带来一些打印的样品,我们现在研发的设备就是在一台五轴机床上实现了增材和减材的复合,用的是送粉式激光增材成形这样的工艺。目前我们已经在机匣类零件、叶轮类零件开展了初步的工艺研究,那么已经针对一些具体的零件做出了样品,对它的性能也进行了初步的评价,而且可喜的是也正在和一些用户积极的沟通,我们期望能把我们这个技术能推向实用化,能解决我们的实际问题。




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