DMG森精機(jī)開發(fā)出了將3D打印機(jī)的增材制造功能與加工中心(MC)的切削功能集于一身的機(jī)床“LASERTEC 65 3D”,并在芝加哥機(jī)床展“IMTS 2014”(9月8~13日,McCormick Place會(huì)展中心)上展出(圖1)。該機(jī)床首先通過金屬層積的方法使工件外形成型,然后進(jìn)行切削加工,從而加工出尺寸精度等符合要求的部件完成品。也就是說,利用增材造型功能制作復(fù)雜的形狀,然后利用切削功能來保證高精度。

主軸及噴嘴沿X軸(橫向)、Y軸(縱長(zhǎng)方向)、Z軸(垂直方向)3軸方向直線移動(dòng),搖籃狀耳軸工作臺(tái)繞A軸轉(zhuǎn)動(dòng)并以C軸為軸心連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
加工時(shí),工件基礎(chǔ)部分使用形狀簡(jiǎn)單的鑄件。使用噴嘴向鑄件上必要的部位噴附金屬粉末并用激光熔融,然后通過自然冷卻使其凝固,由此不斷積層金屬。目前可積層的金屬為不銹鋼、鎳基合金“Inconel”和鋼3種,并且,DMG森精機(jī)還在試驗(yàn)鈦合金和鋁合金。積層速度方面,不銹鋼約為1kg/h。以試制的汽輪機(jī)葉片為例,1片葉片的成型時(shí)間大約為20分鐘。
由于使用可自由控制角度的耳軸工作臺(tái),因此不需要為不斷層積的金屬提供支撐的支撐部。普通3D打印機(jī)在斜上方積層時(shí)要利用相同的金屬積層方式制造支撐部,以防止金屬坍落。而新機(jī)床可利用耳軸工作臺(tái)來調(diào)整角度,在積層時(shí)防止金屬坍落,并可保持這一角度直至凝固。因此可省去支撐部所需的金屬粉。
在通過上述方法制作出尺寸精度為0.1~0.5mm的工件后,將噴嘴切換為安裝刀具的主軸來切削工件。該機(jī)床可在金屬積層與切削之間自由切換。通過切削加工使工件的尺寸精度達(dá)到數(shù)μm,便完成了部件制造。
與之形成競(jìng)爭(zhēng)的是利用鑄造工藝制造的部件。新機(jī)床由于不使用模具,因此具有可實(shí)現(xiàn)模具不可能實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜形狀,以及可縮短前導(dǎo)時(shí)間這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。不過,從單個(gè)產(chǎn)品的制造成本和時(shí)間來看,鑄造工藝更為出色。因此,新機(jī)床適用于附加值高的少量生產(chǎn)部件,具體包括醫(yī)療零部件、照單生產(chǎn)產(chǎn)品以及飛機(jī)、汽車的試制部件等。
DMG森精機(jī)計(jì)劃在2014年10月30日~11月4日于東京有明國(guó)際會(huì)展中心舉行的“第27屆機(jī)床展(JIMTOF2014)”上展出這種新型機(jī)床。
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