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增减材复合加工技术发展

2018-04-20 18:13

  

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增材制作无疑是一种非常高效的制作办法,但在产品的几许尺度精度和外表光洁度方面,该工艺的作用不太抱负,而传统的数控机床归于“减材加工”具有高精准度和易于切削加工等长处。可见减材制作与增材制作的优缺点具有很强的互补联系。将数控加工与增材制作进行有机集成,以完结增减材制作工艺的复合,不只能够进步出产功率,下降出产本钱,拓展产品质料加工规模,还能够削减出产进程中切削液的运用,保护环境,具有宽广的运用远景。

  

 

  

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增材制作与减材制作比照

  

 

  

结合不同工艺操作的混合机器,至少在一般的减材加工范畴现已不是新鲜事。可是不同制作工艺在实践操作中很难互相配合(而且非常贵重),所以这种设备并不真实能够进步制作速度,而是能够带来精确度的进步。增材和减材制作技能的组合研讨现已有20多年前史,但直到最近才在民用范畴有一些运用经历。第一台商用混合机床是上世纪90年代晚期日本的一项大学/工业联合研讨项目中开发出来的,是将激光粉末熔融与CNC加工相结合的机床。

  

 

  

增减材复合加工技能的特色

  

 

  

增减材复合加工技能是一种将产品规划、软件操控以及增材制作与减材制作相结合的新技能。借助于计算机生成的CAD模型,并将其按必定的厚度分层,从而将零件的三维数据信息转换为一系列的二维或三维概括几许信息,层面几许信息交融堆积参数和机加工参数生成增材制作加工途径数控代码,终究成型三维实体零件。然后针对成形的三维的实体零件进行丈量与特征提取,并与CAD模型进行对照寻觅差错区域后,根据减材制作,对零件进行进一步加工批改,直至满意产品规划要求。

  

 

  

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由此在同一台机床上可完结“加减法”的加工,是现有的数控切削加工和3D打印组合的混合型计划。这样,关于传统切削加工无法完结的特别几许构型或特别资料的零件,近净成形的阶段可由增材制作承当,而后期的精加工与外表处理,则由传统的减材加工承当。因为在同一台机床上完结一切加工工序,不只避免了原本在多渠道加工时工件的夹持与取放所带来的差错堆集,进步制作精度与出产功率,一起也节约了车间空间,下降制作本钱。

  

 

  

从复合加工技能的原理能够看出,该技能的本质是CAD软件驱动下的三维堆积和机加工进程。因而,一个根本的复合加工体系应该由以下几个部分组成:CNC加工中心、堆积制作部分、送料体系、软件操控体系以及辅佐体系。其间涉及到的关键技能首要包含复合加工的集成办法、软硬件渠道搭建和复合制作操控体系。

  

 

  

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跟着增材制作的展开以及其局限性的杰出,世界上越来越多的学者和研讨机构把目光转向根据增减材的复合加工制作。比较于国内,世界上对根据增减材制作的复合加工技能的研讨展开的比较早,研讨的内容也比较多。但总的来说,该项技能依然处于研讨与探究阶段。

  

 

  

现在首要新技能包含:形状堆积制作技能(shape deposition manufacturing,SDM)、模具形状堆积制作技能(MoldSDM)、操控金属堆积技能(CMB)、根据堆焊的混合加工体系(ArcHLM)、选择性激光熔覆复合加工技能(HSLM)、超声波增材制作(UAM)、HPDM技能等。

  

 

  

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SDM

  

 

  

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Mold SDM

  

 

  

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The principal process steps for the Assembly Mold SDM

  

 

  

国外增减材复合加工设备展开

  

 

  

现在增减材复合加工设备的复合制作工艺集成办法包含根据直接能量堆积(DED)的复合加工集成、根据粉末融积(PBD)的增减材复合加工、根据资料喷发成形技能的增减材复合加工、根据冷喷涂的增减材复合加工集成等。

  

 

  

老练设备包含DMG Mori公司的LASERTEC 65 3D复合加工机床、Hamuel Reichenbacher公司的HYBRID HSTM 1500机床、Mazak公司的INTEGREX i-400AM多功能机床、Matsuura公司的Lume xAvence-25机床等。

  

 

  

2013年,Sauer&DMG Mori公司开发的Lasertech 65 Hybrid,并在德国举办的欧洲模具展上展出。Lasertech 65 Hybrid实践是一款5轴的数控机床加上2千瓦的二极管激光打印头。打印头经过HSK接口与主轴衔接,该设备先经过激光烧结的办法构建零件,然后转向减材工艺。激光烧结选用的是将金属粉末喷入激光束进行融熔堆积的办法。该设备的生成速度为3.5公斤/小时,比激光烧结快20倍。

  

 

  

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DMG Mori公司的LASERTEC 65 3D复合加工机床

  

 

  

Hamuel Reichenbacher公司的HYBRID HSTM 1500机床(规划重点是用于高价值部件的修正,集成了高速铣削/直接能量熔融(DED)、检测、去毛刺与抛光等辅佐工艺。

  

 

  

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Hamuel Reichenbacher公司的HYBRID HSTM 1500机床

  

 

  

日本松浦-Matsuura的LUMEX Avance-25金属3D打印机,是世界上首个将金属激光烧结增材制作技能与和高速铣削工艺结合在一起的归纳制作设备。GE石油天然气集团在其日本新泻县的刈羽(Kariwa)工厂就选用松浦的这一设备来制作特别配备的Masoneilan操控阀部件以用于整个能源行业的各种运用。

  

 

  

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2015年,西班牙的San Sebastián Tecnalia研讨中心、加工技术发展巴斯克大学(UPV-EHU)和机床制作商Ibarmia一起协作,也开发出了一款将3D打印技能与精密加工结合在一起的混合制作设备(见下图)。这款混合型Add+Process最为共同的是它既交融了根据激光的增材制作工艺又一起能够完结大型部件的铣削和翻转。这一主动制作中心能够让用户从无到有地制作大型金属部件或许修正高价的部件,一起也能完结精度很高的精加工。这台机器运用的资料为精密的金属粉末,增减材复合它能够以每分钟40克的速度处理这些微米级的颗粒,使其依照指定的图画精准地堆积,直到构成固体目标。与传统的制作技能比较它能够节约高达60%的出产时刻和资料。

  

 

  

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除此之外, Matsuura、Sodick、Hermle、Cincinnati、ELB、Trumpf等西方国家传统机床巨子也都推出了机床加工+增材制作混合型设备。

  

 

  

国内增减材复合加工设备展开

  

 

  

五轴联动增减混合加工中心处于技能前沿。现在,世界的机床巨子在推出将3D打印增材制作与铣削加工技能相结合的新式五轴联动加工中心,遭到人们的广泛重视。其实我国本乡的增减混合五轴加工中心相同功能强大,却不为人知。

  

 

  

在2016年的第九届我国数控机床展览会中,就稀有款复合机床展出,而且产品水平不断进步。例如大连三垒的SVW80C-3D增减材复合五轴加工中心、青海华鼎的XF1200激光增减材五轴复合加工中心、大连光洋的KMC800U五轴铣车复合立式加工中心、鲁南机床的VTC2040铣车复合柔性加工中心等都是国内技能水平较高的增减材复合五轴加工中心。

  

 

  

国产增减混合五轴加工中心相关于世界同类配备具有更高的性价比。以大连三垒的SVW80C-3D为例,首要具有较大的行程,X,Y和Z轴别离可达800 mm,800 mm 和600 mm;其次机床精度较高,定位精度可达8μm,重复定位精度为5μm;再者打印工件尺度较大,可达1000 mm x440 mm;堆积功率到达300cm3/h以上。SVW80C-3D运用光纤激光器,光电转化功率高,保护运用本钱低。性能参数高而售价低,SVW80C-3D具有很强的竞赛优势。

  

 

  

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大连三垒SVW80C-3D加工进程及制品图

  

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