南极熊认为:高端科技领域的角力,从来就是一场没有硝烟的战争!去年10月份,美商务部将六项新兴技术添加到《出口管理条例》的商务部管制清单中,这其中就包括了混合增材制造技术/计算机数控工具。美国商务部在官网发布公告中写道:“此举是为了支持关键及新兴技术这一国家战略”。实际上,就增材制造技术而言,我国也已将同类技术纳入了“中国限制出口技术目录”。
何为混合增材制造
所谓混合增材制造,是将增材和减材集于一体的新型制造方式。它主要采用激光熔融与CNC加工相结合,可以用工业机器人、3轴或5轴联动切削加工机床、商业化的SLM机床等相结合,通过独立的增材与减材机器(机器人交换工件)、将增材制造装置安装在主轴上(无刀库)、在机床上安装永久性的增材制造头、或者是在商用SLM机床上进行设备重构来实现。
目前增减材复合加工设备的复合制造工艺集成方式包括 1) 基于直接能量沉积(DED)的复合加工集成 2) 基于粉末融积(PBD)的增减材复合加工 3) 基于材料喷射成形技术的增减材复合加工 4) 基于冷喷涂的增减材复合加工集成
金属增材制造技术在加工精度上与传统加工相比较低,因而受到极大限制。随着AM的发展以及其局限性的突出,国际上越来越多的学者和研究机构把目光转向基于增减材的复合加工制造。将增材制造与传统加工工艺有机地集成起来,成形件加工完成后无需后处理即可直接投入使用,大幅缩短了制造时间和生产成本,还可拓宽原材料范围,减少生产过程中切削液的使用,实现绿色加工。近年来,增减材混合加工工艺与装备不断涌现,在提高制造精度,增大制造尺寸、提高生产效率等方面取得多项进展。
相比于国内,国际上对基于增减材制造的复合加工技术的研究开展的比较早,研究的内容也比较多。但总的来说,该项技术仍然处于研究与探索阶段。目前主要新技术包括:形状沉积制造技术(shape deposition manufacturing,SDM)、模具形状沉积制造技术(MOLDSM)、控制金属堆积技术(CMB)、基于堆焊的混合加工系统(ArcHM)、选择性激光熔覆复合加工技术(HSLM)、超声波增材制造(UAM)、HPDM技术等。
1. 洛马公司多机器人增减材混合制造系统
几年前,洛马建成了世界上首台“多机器人增减材混合设备”,该设备由两个机器人串行工作,具备增材制造、减材加工和工艺过程监测、尺寸检查、热测量等多种功能,适用于多种材料加工,能够显著提升大型复杂结构的制造效率,降低制造成本。
△洛马公司多轴激光束沉积打印机 △洛马公司增减材制造的卫星燃料箱体
2018年,洛马公司使用电子束增减材制造技术生产了迄今为止最大的3D打印空间零件—卫星燃料箱体。采用该工艺,使部件减少了超过80%的材料浪费,并将总交付时间从两年减少到三个月,同时部件经过了严格的质量测试,使其能够承受严峻的发射和长达数十年的空间真空任务。目前,该部件已作为标准件用在了LM 2100卫星平台上。
2. Relativity Space
Relativity Space公司拥有世界最大的“Stargate” 3D打印机,它基于定向能量沉积技术,拥有三只庞大的机械臂,一只用来熔化金属丝进行增材制造,另两只则用以进行减材加工。依赖智能数据驱动和机器学习控制算法,该打印机可协作进行增材和减材加工以制造复杂几何形状。
△三只机械臂,一只进行熔丝增材制造,另两只用来进行减材加工
Relativity Space分别拥有若干台可以打印15英尺(4.5m)、20英尺(6m)甚至30英尺(9m)的“Stargate”的3D打印机,可同时打印第一级和第二级火箭以及整流罩。尽管火箭通常由数千个单独的零件组成,但Relativity Space公司设计的零件却合并了一些部件,他们的火箭零件数量是同类火箭的零件数量的1/100(Terran 1火箭只有730个零件)。目前,Relativity Space可以在30天内打印出整个整流罩,能够在短短60天内生产出整枚火箭。
3. 德马吉森精机/DMG MORI(日德合资)
DMG MORI 是世界领先的机床制造商,该公司独特的混合式(增材制造与传统制造结合)加工解决方案,是一项令众人瞩目的技术,它将铣削加工技术与激光金属沉积加工工艺结合在一起,应用于一台具有完整铣削功能的激光熔覆加工机床上。LASERTEC65 3D Hybridd是DMG MORI推出3D打印混合制造打印机,这台“机床”中融合了5轴喷粉堆焊和5轴联动铣削加工技术,可交替进行堆焊、铣削以及车削加工。
△灵活结合增材制造与铣削加工,生产成品质量的3D工件 △DMG增减材一体设备制造的火箭发动机部件
基于激光堆焊的增减材一体制造工艺不仅可生产非常复杂的几何形状,而且同时可解决3D打印的表面质量问题及材料复合问题。2019年5月,卫星发射公司VirginOrbit采用DMG MORI增减材一体式设备为NASA打印了发动机燃烧室,其内衬采用GRCop-84铜合金,外部为镍基高温合金,其结构与材料与传统设计完全相同,制造工期则节省了数月时间,热火试验更证明了基于该工艺制造的复合材料部件与传统制造的性能相一致。
△ASERTEC6600 DED增减材混合系统
在Formnext 2019展会上,DMG Mori曾发布了一台名为ASERTEC 6600 DED的增减材混合系统,X轴高达1040毫米,Y轴为-280毫米至+330毫米,Z轴为3890毫米。这些巨大的、自动化程度高的混合型DED金属3D打印机特别适用于大型工件,包括航空航天工业的火箭发动机、能源工业的油井管和运输机的轴。
4、日本马扎克/Mazak
机床制造商马扎克在2014年推出了一款混合制造设备-INTEGREX i-400 AM。Integrex i-400am是金属3D打印技术和车铣复合加工的混合设备,特别针对于小批量生产的难加工材料,如航空航天零部件耐热合金的加工,能源领域工具和零部件的高硬度材料的加工,医疗设备制造中的高精度特种合金的加工。
△图:MazakINTEGREX i-400 AM
INTEGREX i-400中的金属3D打印技术属于定向能量沉积工艺,采用光纤激光热熔化金属粉末,金属3D打印喷嘴逐层施加熔融材料,每个熔融材料随着所需形状的增长而固化,该工艺可用于修复磨损部件,如航空涡轮叶片。
5、德国哈默/Hermle
德国哈默的混合制造设备MPA40 是立式铣床主轴旁边安装了一个喷射粉末的喷嘴,而在第四、第五轴转台上安装了加热器。在运行过程中,机器根据CAD文件的信息用高热蒸汽推动悬浮在氮气中的金属粉末,并通过一个名叫de Laval的喷嘴以声速的三倍速度喷射到构建对象上,可达到10京帕的压力和高达1000摄氏度的高温。
△图:Hermle的MPA工艺
如此巨大的冲击力和由此产生的高温高压,导致单个金属颗粒剧烈变形,并被粘合接触面上。这种“微锻造”可实现多达六种不同的金属进行层积。该MPA技术能够处理的材料,包括热作模具钢、不锈钢、纯铜、铜、钛和铝等材料。MPA 40可处理的零部件最大尺寸可达550毫米/高和460毫米/直径,重量可达600公斤。
6、Optomec
Optomec是定向能量沉积3D打印技术设备制造商之一,拥有自有的LENS(激光近净成型)技术。 Optomec在最近开始提供增材、减材混合制造设备,售价低于25万美元。Optomec推出的其中一款新混合制造设备为Optomec LENS 860混合CA系统,该设备集成了LENS 3D打印技术和铣削。
△图:OptomecLENS 混合系统
这款混合制造设备具有860 x 600 x 610mm的工作范围,它配备了一个密封的构建室,用于制造钛等活性金属。该系统可配置闭环控制和高功率3kW光纤激光器,适合构建、修复或涂覆中型到大型金属部件。
7、美国HybridManufacturing Technologies
美国混合制造技术公司有一种混合增材制造系统-AMBIT,该体统能够实现从金属3D打印、切削、检测之间自动切换,切换过程与机床更换刀具类似,从而实现增材制造技术和精密加工技术的无缝集成。
△图:AMBIT系统中的激光3D打印头
最新推出的AMBIT Series7 系统能够实现七种制造技术的集成。与不同制造工艺的集成,为金属零件生产带来了新机会。AMBIT 系统中的金属3D打印技术为基于定向能量沉积工艺的3D打印堆焊头。新系统中集成的涡流检测头用于金属沉积质量的原位检测,检测头针对检测表面和表面下裂缝进行了优化,并使用频率达5MHz的一系列探头检测多层深度空隙。
8、西门子/Siemens
虽然西门子不是混合制造设备的生产商,但西门子的软件在增材、减材混合制造中发挥了重要作用。大多数混合制造系统利用定向能量沉积工艺,软件对于实现和优化零件几何形状变得至关重要。
△图:用于定向能量沉积3D打印的Siemens NX 系统
西门子的混合制造系统Siemens NX Complete Hybrid CAD/CAM ,是用于整个工艺链(设计,添加工艺,减法加工,精加工)的单一软件包,该系统用于计算增材制造的激光路径和减材加工的切削刀具路径。该系统通过工件、夹具和整个设备的数字双胞胎准备完整的制造过程。Siemens NX Complete Hybrid CAD / CAM系统在完全集成的“designthrough-CNC”编程解决方案中提供混合增材制造的功能,包括用于集成激光粉末包覆和铣削的后处理和加工模拟。
9、日本松浦/Matsuura
日本松浦是自动化多托盘,多轴和多任务数控机床及其相关制造工艺解决方案领域的市场领导者,也是第一家提供选区激光熔化3D打印和铣削加工混合制造设备的机床制造商。
△图:MatsuuraLUMEX 60 系统
松浦推出的第一台混合制造设备为LUMEX Avance-25,该设备集成了选区激光熔化3D打印技术和高速铣削主轴。该设备在加工时,先进行3D打印,然后借助高速铣削精加工整个零件或其部分表面以获得高精度和高表面质量。其原理是每打印10层(约0.5mm~2mm)形成一金属薄片后,用高速铣削(主轴45000r/min)对其轮廓精加工一次,再打印10层,再精铣轮廓,不断重复,最终叠加成为高精度、结构复杂的零件。LUMEX Avance-60是该系列中的第二台混合制造设备,与LUMEXAvance-25采用相同技术,同时具有更大的加工空间和工作范围。
10、日本沙迪克/Sodick
日本Sodick在2017年推出混合制造设备OPM250L和OPM 350L,与松浦混合制造设备采用类似的技术,采用了选区激光熔化3D打印技术和铣削技术。 △图:Sodick混合制造设备中的金属3D打印粉末床
Sodick的混合制造设备在应用方面专注于制造带有随形冷却通道的一体式注塑模具,从根本上改变塑料产品模具的创建方式。通过在同一台机器内进行选择性激光熔化和高速铣削,OPM系列产品可以加工复杂的一体式金属模具,这是传统方式无法实现的。Sodick混合制造设备采用500W的光纤激光器实现金属3D打印,用于熔化和固化金属粉末。OPM系列采用45000 min-1主轴,采用Sodick的非接触式刚性直线电机驱动,实现高速和高精度加工。设备还配置了自动换刀装置(ATC)和自动刀具长度测量装置,能够实现长时间连续自动操作。
11、美国Fabrisonic
Fabrisonic的超声波焊接技术(UAM)是一种独特的金属增材制造技术。UAM技术中使用超声波去熔融用普通金属薄片拉出的金属层,从而完成金属部件的增材制造(3D打印)。该方法能够实现真正冶金学意义上的粘合,并可以使用各种金属材料如铝、铜、不锈钢和钛等。Fabrisonic的方法可以同时“打印”多金属材料,该工艺能够使用成卷的铝或铜质金属箔片制造出带有高度复杂内部通道的金属部件。
△图:Fabrisonic 为NASA JPL制造的零件
UAM的制造过程包括通过使用频率高达2万赫兹超声波施加在金属片上,用超声波的振荡能量使两个需焊接的表面摩擦,构成分子层间的熔合,然后以同样的原理逐层连续焊接金属片。之后,通过机械加工来实现精细的3D形状,从而形成坚实的金属物体。
12、混合制造工具集成商3D-Hybrid
在这个众多提供混合制造技术的公司中,3D-Hybrid是唯一的混合制造工具集成商,几乎可以为任何CNC机床提供多种金属沉积技术。3D Hybrid的目标是将先进的金属增材制造(3D打印)技术应用于突破性的应用。该公司现在为CNC机床提供三种基于定向能量沉积的金属3D打印技术,这三种技术虽然同为定向能量沉积工艺,但分别采用电气、激光和动力学作为能量源。
△图:3D Hybrid 冷喷工具 ,可集成在CNC 机床中
目前最常用的定向能量沉积3D打印技术是基于激光的,3D Hybrid 可以针对特定应用提供定制化的激光DED 3D打印技术,这种激光3D打印处理头可以集成在CNC机床、机器人或者是其他运动系统中。另一种快速发展的金属沉积3D打印技术是ARC焊接,ARC技术可以增材制造最广泛的合金材料。 3D Hybrid正在申请专利一种ARC技术是可以建立在先进的放电技术基础之上。
3D-Hybrid还有另一种金属沉积增材制造工艺是ColdSpray(冷喷)。这是一种最初为轴涂层应用而开发的工艺,该工艺使用固体粉末,在气体中加速至超音速,速度约为1600-3500英尺/秒。在与基板撞击时,当工具围绕表面移动时,颗粒塑性变形并与基板结合。冷喷涂技术的沉积速率通常约为5磅/小时,适用的合金材料包括铜,镍,铝,钛,铌,金属基复合材料和钽。3D-Hybrid 的Cold Spray技术针对高速和更硬的合金沉积需求而设计。
13、Autodesk
由软件巨头AutoDesk等10家企业和机构联合研发的增减材一体化设备——LASIMM据称是世界最大的增减材一体化设备。LASIMM耗费3年时间完成,采用与众不同的“模块化”结构,它可以被灵活地重新配置到不同的项目中,制造产品无需后处理就能直接使用。LASIMM项目名称已经得到了欧盟Horizon 2020研究与创新项目的资金支持。此外,项目参与者之一的英国建筑公司Foster + Partners正在探索的全新金属3D打印方法也可能被用到LASIMM上。
14、榎本工业(日本)
20216年,日本模具及制造设备开发商ENOMOTO榎本工业株式会社与静冈文化艺术大学和软件开发商C&G Systems共同合作,打造出了日本第一台5轴混合制造3D打印机。据了解,这款3D打印机最大的特点是能够在现有工业级5轴控制技术的基础上连续进行挤出式3D打印和铣削作业。
榎本工业发展部总监 Kawamura Takehire表示,常规的3D打印机基本上还是平面分层打印机,但这款机器是可以同时实现平面分层和5轴分层。通常情况下,凹割(undercutting)是无法用于3 轴控制类型的数控机床的,但是在加上了另外两轴——即倾斜和旋转之后,就变成了可能。他们的机器可以在X、Y、Z、倾斜和旋转轴上实现控制,从而可以打印出非常复杂的形状。”
15、澳洲ANCA
2020年3月,澳大利亚墨尔本的CNC磨床制造商ANCA开发出一个新的生产平台,同时利用了增材制造和减材制造技术,可以在一台机器上制造出定制设计的碳化钨切削刀具。ANCA成立于1974年,现已成长为领先的CNC磨床,运动控制和钣金解决方案制造商,该公司99%的产品出口到超过45个国家/地区的海外客户。因此,对于全球22亿美元的切削工具市场,ANCA设计的新机床可以比传统方法更经济地制造刀具。
△ANCA的机器,ANCA拍摄。
16、葡萄牙Adira
知名葡萄牙工具制造商Adira开发出了一款十分独特的混合金属3D打印机,也是全球首台“平铺激光熔融”金属3D打印机。这款机器在2016年10月底举办的德国汉诺威第24届国际钣金加工技术展上正式亮相,与市场上现有的金属3D打印机相比,这款机器的独特之处在于: ①融合了2种金属3D打印技术,分别是粉床熔融(PBF)和直接金属沉积(DMD); ②打印仓采用了模块化设计,金属粉末处理区域面积非常大,而且打印尺寸可超过打印仓体积的限制,也就是说采用了一种扩容式设计; ③同时还融合了减材加工技术,即配备了多种工具头(包括激光切割),可根据不同需求自由切换,而且使用同一个构建平台;
17、美国Thermwood
美国Thermwood于2021年3月31日宣布已完成了第一类新型3D打印和裁切系统LSAM 1010。这是一种固定工作台的高墙系统,打印和裁切头均安装在一个龙门架上,工作台尺寸为10×10平方英尺(约3×3平方米)。这比较大的双龙门旗舰LSAM系统要小一些,但对于3D打印系统来说已经颇具规模。
LSAM 1010具有打印和裁切功能,但不能同时进行打印和裁切。它使用与大型LSAM系统相同的40mm打印头和五轴裁切头,具有5英尺(约1.5米)高的打印和裁切功能。LSAM1010的龙门架更长一些,以容纳打印和裁切头,同时还要使两个工作头的工作范围都覆盖整个平台。因此,机器配备了更坚固的龙门来支撑总重超过7000磅(约3200公斤)的两个工作头,而有效负载重量超过18000磅(约8200公斤)。尽管很重,机器仍能够以每秒近三英尺(约90厘米)的速度移动。
△40mm打印头和五轴裁切头
1、国家增材制造创新中心五轴激光增减材复合制造装备
2020年9月,国家增材制造创新中心重磅推出了“五轴激光增减材复合制造装备”,能够实现增材成形和减材加工的自由切换,完美呈现精密复杂结构零件精整加工,满足增减材复合制造及修复再制造的需求。对于具有内腔、内孔、内流道的复杂零件,在工艺制定阶段,可以将其分段制造,逐段增材、逐段切削,实现内腔的加工来保证质量。
2、武汉天昱智能制造有限公司/华中科技大学
武汉天昱智能制造有限公司与华中科技大学合作开发的微铸锻铣一体化增材制造机床(点击),是针对航空、航天等行业对大型钛合金结构件的一体化制造需求而研发的,集成了电弧 / 等离子弧快速成形、柔性微型轧制、数控加工、惰性气氛保护等多种技术于一体,在熔积成形过程中对熔积工艺参数、熔积层表面形貌、制件冶金质量进行在线实时检测,对于在增材成形过程中产生的表面裂纹、未熔合、气孔、夹渣等缺陷的无损检测,采用多种无损探伤集成装置,判定缺陷的大小、位置、性质和数量;采用快扫红外热像仪测量成形件的温度场和热循环曲线、视觉成像分析诊断系统,监测电弧弧柱特征和熔池形态,并进行数控减材加工,达到制造件的质量要求。
△武汉天昱微铸锻铣复合增材制造机床
微铸锻铣复合制造技术由于突破了增材技术无法制造锻件的瓶颈,一经问世便获得了GE、空客、商飞、西飞、成飞等大型企业的高度关注,并展开了相关合作。目前,该技术也已被列入“中国限制出口技术目录”。
3、大连三垒机器股份有限公司
此外,国产增减混合五轴加工中心相对于国际同类装备具有更高的性价比。大连三垒机器股份有限公司研发的 SVW80C-3D增减材复合五轴加工中心,是金属喷粉激光熔融与立式加工中心复合机床。采用2kW光纤激光器,工件最大回转直径1000mm,工作台最大承载850kg,主电动机最大功率36kW,主轴最高转速12000/min ,X/Y/Z 轴行程800mm/800mm/600mm,X/Y/Z 快移速度48m/min,A/C轴转动范围±120°/360°。
△国产增减混合五轴加工中心SVW80C-3D快速制造复杂零件
4、汉邦科技
2019年,汉邦科技推出了一项称为激光增材微切割混合制造的新技术(Laser Additive & Cutting Manufacturing,简称LACM),其将选择性激光熔融和超快(如皮秒、飞秒)激光切割技术结合,在每一层打印完成后采用超快激光对零件轮廓进行精细化加工,从而直接制造出高表面质量的零件。这是继3D打印和传统机械减材混合制造之后又一种新的技术整合。 △LACM技术工艺过程,包含选择性激光熔融和超快激光切割两步 △SLM+数控加工混合制造过程
目前看来,数控加工与增材制造的结合仅是增减材混合制造的一种形式。将超快激光切割技术与SLM相结合,则成为一种新的探索。超快激光切割材料时,每一个脉冲与材料相互作用的持续时间很短,避免了热扩散,属冷加工过程,基本上消除了类似于长脉冲加工过程中的熔融区、热影响区、冲击波等多种效应对周围材料造成的影响和热损伤,具有极高的的加工精度。
5、广州雷佳和华南理工大学团队
2020年,在广东省重点研发计划支持下,华南理工大学、广州雷佳增材制造公司等单位联合研发了基于五轴联动数控机床的激光增减材设备。此设备目前已经实现五轴增减材开发,采用高精度的三维移动运动平台结合两轴变位机实现五轴运动控制,结合特殊的“刀库”中心实现铣刀、激光送粉、激光冲击等模块的自动切换。并研发相应激光头运行轨迹识别及控制、稳定性控制和监测、保护气含量监测、故障自动保护、路径规划、数据处理等其他配套软件和人性化人机操作界面。
△DED-500设备 △广州雷佳自主研发激光增材送粉喷头(集成光路、粉路、气路、水路)
针对工业领域里大型构件,在破损后需要修复工作,利用传统的制造方法进行很难修复,或者是返修周期非常长,经常是直接报废零件,导致使用成本极大等问题,而雷佳公司的数控机床增减材设备完美实现机件的快速修复。对破损机件进行现场扫描,对缺损部位进行增材制造,并减材铣削提高精度,实现机件的修复。采用增减材设备对机件进行修复可大大缩短机件返修周期,并极大的减少维修及更新成本。此外,激光5轴数控机床增减材设备还可应用在汽车制造、核电等领域。采用激光+铣削/激光强化的增减材手段可更短的生产周期制造出更为复杂几何形状的轮胎、汽车零部件、核电叶片等,减材过程也可以保证较高的精度。特别是针对大型工程车的复杂模具的直接成型,该种方式具有其他增减材难以比拟的优势。
△巨型轮胎模具
6、青海华鼎装备制造有限公司
青海华鼎装备制造有限公司展出的XF1200激光增减材五轴复合加工中心,是金属喷粉激光熔融与立式加工中心复合机床。其激光器功率1 200W,最高送粉速率15g/min,工件壁厚1~5mm,转速20 000r/min,刀柄采用HSK-A63,X/Y/Z轴行程600mm/450mm/450mm,B/C轴回转范围-115°~+30°/360°,床身为矿物铸造。
7、山善(上海)贸易有限公司
山善(上海)贸易有限公司研发的Lumex Avance-25 3D加工中心,是金属铺粉激光烧结与立式加工中心复合机床,最大工件尺寸250mm×250mm,X/Y/Z/U/W轴行程2602mm/60mm/100mm/185mm/522mm。采用光纤激光,专用I-TechAvance新系统,15′三维触屏易操作。复合加工交替进行,可达到与加工中心相当的尺寸精度和表面粗糙度,无需模具分割、电火花加工、电极设计、冷却水路、组装及调整等工序,实现单机单工序制作,还可进行加工中心无法完成的深加强筋加工。
8、北京机电院机床有限公司
北京机电院机床有限公司XKR40-3D增减材复合机床工作台直径400mm,主轴最高转速8000r/min,A轴摆转范围-110°/+10°,C轴旋转范围n×360°。5轴联动,通过增减材交替加工,实现增减材复合制造功能,满足一些特殊零件或材料的需求。
9、上海航天一亘智能科技有限公司
上海航天壹亘智能科技有限公司是上海航天八院下属的混合所有制公司。公司目前研发的主要产品包含高端五轴数控加工设备及核心部件、增-减材复合制造一体机、智能生产线、智能终端及智能制造系统平台等系列产品。该公司产品SMU系列五轴联动万能铣床是一款紧凑型立式五轴联动加工中心,结构紧凑,布置合理,采用对称温度结构以及对称机械结构,具有刚性好、抗扭强度高、热稳定性好和导轨精度高等特点。
10、山东雷石
山东雷石于2020 TCT亚洲展上展出了国产“直接能量沉积”五轴联动金属3D打印机,以及增减一体化加工设备和超高速激光熔覆设备等面向工业应用的产品。五轴联动实现了增材制造从平面切片向空间曲面切片,从三轴向五轴动作的突破。五轴打印不仅可以任意角度倾斜,无需打印辅助支撑,节省大量时间和材料;而且能实现曲面定向和摆动沉积,曲面不等厚度片、体沉积等,五轴控制积层造型,保证金属零件的成型尺寸和形位精度,可实现复杂曲面、功能梯度材料等的打印和修复工作。
△LATECLAM-150v
11、上海酷鹰
酷鹰是一家来自上海、专业从事超大型3D打印解决方案研发的公司,其研发的核心技术包括大流量3D打印挤出头、大尺寸3D打印与五轴加工融合工艺、高性能复合材料及智能运动控制系统,已成功推出了超大型增减材一体化3D打印设备。相较于其他3D打印设备在效率和成本上有明显的优势,甚至相比于传统的塑料加工工艺,例如注塑、挤出等,在大件制作上也有其优势。
△3D打印飞机舷窗模具,尺寸1:1。酷鹰机器人的3D打印模具方案可以应用在飞机舱门模具制造上,整个模具均由3D打印完成,耗时10小时,一次成型,可极大缩短模具制造周期。
12、深圳华领
华领智造成立于2017年,是国内大型工业级3D打印设备的领先品牌,旗下有大尺寸3D打印设备及原材料研发制造基地,并且可以提供专业定制化3D打印服务。华领智造总经理龙井表示他们的大尺寸3D打印机成型尺寸主要规格可以达到2×2米,2×4米,3×7米,每小时出料量可达20kg以上。此外,实现了增减材功能一体化,可以实现一边3D打印,一边CNC加工,工件出来就是比较高精度。原料上使用颗粒料,而不是丝材,材料成本大大降低,支持材料种类大大扩展。自主研发的独家材料——M01是打印主材料,S01是支撑材料。本质是工程复合树脂塑料,硬度和铝合金一样,密度是却是1.3相当于铝的一半。材料自身是白色颗粒,还有半透明 ,颜色可以通过色母颗粒调配。
△成型尺寸可达6米的超大型增减材复合制造设备,加工速度25米/分钟,3D打印速度20米/分钟,最大挤出量可达25KG/h,支持ABS/PC/PLA/PETG等材料
13、南京英尼格玛
英尼格玛是国内最早涉足电弧增材制造领域的厂商之一,据悉正在交付两套大型智能增减复合加工系统ArcMan M3000。该系统采用六轴工业机器人、龙门式机床配合水平移动、升降、旋转、翻转变位系统,兼具了机器人增材的灵活性、柔性与龙门铣床减材的稳定性、精确性,并通过自主研发的增减复合路径规划软件及西门子数控系统控制,结合专有的视觉技术及动态路径规划技术,实现全自动增减材交替加工,真正做到增减材工艺深度融合,满足大型复杂金属构件的高效增减复合加工成型,成型范围可达2m*5m*1m。
中科煜宸自主研发的柔性增减材复合制造装备是国内首套大尺寸、激光/电弧双能束、多轴联动智能化金属增减材制造装备。其核心技术如下:
①多材料:激光/电弧3D打印材料包括铝合金、铁基合金、钴基合金、镍基合金等多种材料;
②双能束:配备新型高热稳定加工头及刀具快换装置,能实现激光/电弧双能束及减材加工复合制造;
③超大加工幅面:变位机工作台φ2000mm,负载2吨,500KG机器人臂展2830mm;零件成形尺寸≥1500*1500*1000 mm;
④超高制造效率:电弧熔丝制造效率达900cm3/h,激光送粉成型效率达350cm3/h,铣削主轴转速为12000r/min;
⑤搭载双轴变位机,可实现多轴联动控制;
⑥高稳定性:整体连续工作时间≥240h;
⑦自主软件:配套增减材复合制造工艺设计软件:实现不同功能算法模块之间的数据协同处理,完成三维模型数据到增减材复合制造工艺文件的无缝衔接转换;
⑧智能化装备集成:实现熔池动态闭环反馈控制、设备故障诊断预警、加工过程可追溯。
15、南京联空智能
主要功能:
“五轴联动数控型增材-减材复合成形制造中心”由南京联空智能增材研究院有限公司自主研发,具有受控电弧增材和五轴联动数控铣削减材和高精度复合成形制造等三大功能。是一种将受控电弧增材、五轴联动减材高度集成,采用加工中心模式研制的一款高效高精度高性能增-减材复合成形制造装备,该装备以受控电弧作为主要热源,通过加热熔化不同材质的丝材、实现近米级尺度异质异构金属复杂构件整体成形,同时在线换刀、换枪,在线实时切削加工减材,实现了增材-减材的协同和同步,做到了真正的复合成形,可以整体成形复杂内腔、橄榄型内部结构等复杂构件的高精度高效率成形制造,适用的金属构件包括普低钢、不锈钢、高强超高强钢、高氮钢、铜合金、铝合金、钛合金等腔体型、箱型、舱体型、框梁型等复杂结构件。解决了增材无法加工内壁、型腔等,大大降低了打印后的制造成本。
装备构成:
“五轴联动数控型增材-减材复合成形制造中心”主要由“主体框架结构”、“高精度高刚度动横梁系统”、“高精度二轴U型协同变位装置”、“增材立体平台”、“五轴数控系统”、“受控电弧数字电源系统”、“增材枪体”、“减材切削动力与刀具快装装置”、“枪-刀换装装置”、“刀具架”、“输气系统”、“数字双送丝系统”、“系统控制器”、“分层建模软件”、“参数和视觉传感装置”等组成。
技术优势和水平:
(1)可实现五轴联动CMT弧增材、等离子弧增材、铣削、镗削、钻削等复合增-减材成形功能,可实现多种增材和自动减材复合成形制造,该套装备为国内首创、具有装备集成度高、刚性好、过程平稳、适应增在线原位复合高效成形制造等特点;
(2)可用于800mm×800m×500m级中大型复杂结构和多维异质异构结构件的受控电弧增材-切削减材复合整体成形制造, 过程稳定、质量优良、效率高,适应面宽;
(3)可实现高强超高强钢、铝合金、铜合金、高温合金、高氮钢、普低钢、不锈钢等增材构件的在线增材-切削加工制造;
(4)具有增材成形加工效率高、质量好、成本较低、灵活性强等特点,最高成形效率5kg/h,最高成形精度0.4mm,最高减材加工精度3.2μm;
(5)系统可与数字化车间互联互通,推送给工艺规范及相关统计数据,可实时在线动态感知工艺参数,实现智能管控。
结语
由以上国内外增减材混合制造设备的研发现状可以看出,国外针对增减材混合制造的研发起步早,已出现了一批商业化的增减材混合制造机床。国内针对增减材混合制造的研发起步较晚,但是研发势头较强,正在迎头赶上,而且还出现了国外所没有的一些特色增减材混合制造机床。随着增减材复合制造技术的发展和逐渐成熟,将涌现出越来越多功能强大的复合制造设备,涵盖越来越多的应用领域。
参考阅读:
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