今天,該方式方法主要被稱為增材制造(AM)。增材制造這一詞條準(zhǔn)確折射出3D打印最重要的兩大特點(diǎn):制造:已經(jīng)超越了原先人們所認(rèn)知的快速成型領(lǐng)域,該方法已推廣至許多工業(yè)應(yīng)用中,用于生產(chǎn)各種零部件;增材:與傳統(tǒng)的減材制造技術(shù)形成了鮮明對(duì)比,該方式方法通過不斷地疊加材料制造出所期許的物件。而傳統(tǒng)的制造方式只有在裝配階段才添補(bǔ)材料組件。
現(xiàn)在市面上有各種各樣的增材制造技術(shù),這些技術(shù)基于不同的物理原理:激光立體印刷術(shù)(SL)、多噴頭建模(MJD)和激光燒結(jié)(LS)等等。根據(jù)最新的國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn),AM增材制造被明確地劃分為幾類。上世紀(jì)八十年代,3D打印開始被作為一種設(shè)計(jì)工具,用于實(shí)現(xiàn)原型的快速制造。通過3D打印,人們可以不再依賴于傳統(tǒng)的二維圖紙,而是可以創(chuàng)建出全息還原的3D模型;從而使人們能從美學(xué)、功能性、重量和表面光潔度等產(chǎn)品特性方面更好更直觀地理解物件;并且該技術(shù)的采用還能夠?qū)崿F(xiàn)更快速的生產(chǎn)制造時(shí)間。
根據(jù)媒體和技術(shù)報(bào)告所稱,3D打印主要應(yīng)用于航空航天、軍事、汽車和醫(yī)療行業(yè),其中AM不僅僅用于原型制造,也可以用于小批量甚至大批量生產(chǎn)。盡管該技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛,但是距離成為全球金屬加工的主流技術(shù),仍然還有很長一段路要走。
在醫(yī)藥、航空航天、汽車和軍事等難以盡數(shù)的行業(yè)中,增材制造技術(shù)為各種組件的生產(chǎn)打開了全新的視野。更令人驚喜的是,數(shù)字化技術(shù)簡單地抹去了物理空間的邊界,現(xiàn)在無論3D打印機(jī)與計(jì)算機(jī)相隔有多遠(yuǎn),人們只需將計(jì)算機(jī)模型發(fā)送到3D打印機(jī)即可進(jìn)行生產(chǎn),并且在組件生產(chǎn)過程中完全不需要進(jìn)一步的人工干預(yù)。例如,現(xiàn)今在太空飛行期間,能實(shí)現(xiàn)在飛船上直接打印必要的備件。此外,還可以設(shè)計(jì)并特別定制骨科植入物。神奇的是,3D打印機(jī)還具有自我修復(fù)功能,甚至可以快速地生產(chǎn)自身所需的破損的部件或臨時(shí)替代部件。
在航空航天業(yè)中,雖然有一些小型零件、配件及硬件非常適合采用3D打印制造,但是為安全起見(可以理解為,因?yàn)楹娇蘸教鞓I(yè)對(duì)安全性的要求非常高),AM增材制造生產(chǎn)出的關(guān)鍵部件還需要通過各種嚴(yán)格的測(cè)評(píng)后,才能用于取代依賴傳統(tǒng)加工方法所制造出的零部件。然而,人們通常能將AM增材制造用于制造各種各樣的固定裝置、夾具、量具;飛機(jī)的生產(chǎn)涉及了整條復(fù)雜的生產(chǎn)制造鏈,需要大量的夾具。從這一方面來看,在生產(chǎn)中引入AM增材制造從根本上減少了生產(chǎn)準(zhǔn)備的時(shí)間和成本。
大大減小的尺寸和不那么嚴(yán)苛的安全標(biāo)準(zhǔn)為AM增材制造應(yīng)用于無人機(jī)(UAV)制造開啟了大門,這種新方法不僅可以減輕重量,還能以更低的成本更有效地從空氣動(dòng)力學(xué)角度來塑形無人機(jī)。
在全球的航空航天領(lǐng)域,鈦是最常用的材料之一。而鈦基合金零件通常都通過減材制造的方法加工來的。在典型的加工過程中,大多數(shù)昂貴且難以加工的材料被切除。飛機(jī)制造商們正在致力于使用鈦粉來生產(chǎn)相對(duì)小型的鈦基合金零件。類似于航空航天業(yè)的這一做法,人們同樣也將AM增材制造技術(shù)應(yīng)用于汽車制造業(yè)。
增材制造的優(yōu)缺點(diǎn)也是并存的,準(zhǔn)確理解這些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)就可以更好地在金屬切削領(lǐng)域定義AM增材制造:
優(yōu)點(diǎn):在生產(chǎn)制造復(fù)雜零件時(shí),采用增材制造能顯著降低生產(chǎn)成本;極大的靈活性是該技術(shù)的另一項(xiàng)主要優(yōu)勢(shì),例如,您可以使用同一臺(tái)3D打印機(jī)來輕松制造不同的零部件,而無需進(jìn)行大幅度的調(diào)整;此外,在實(shí)際的原型制作中,只需通過編輯零件的計(jì)算機(jī)模型,并進(jìn)行重新打印即可完成零件的設(shè)計(jì)更改,因此AM增材制造技術(shù)不但能夠顯著地縮短從概念到交付的這一周期,還能夠通過快速制造相合的部件對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)進(jìn)行更改;從工程的角度來看,該方式方法確保了所生產(chǎn)出的原型零件非常貼近人們的設(shè)計(jì):比如不同壁厚卻具有同等強(qiáng)度;必不可少的可提高有效流動(dòng)效率的管道形狀等等;另外,在增材制造過程中,因所用即所得從而大大節(jié)約了生產(chǎn)中的物料成本。
然而,AM增材制造并非沒有缺點(diǎn):在精度方面,該技術(shù)尚不能滿足零件表面精度要求,因此通常需要采用傳統(tǒng)加工方法進(jìn)行精加工;并非每種工程材料都適合于通過增材制造方法制造零件;目前的3D打印機(jī)工作空間尺寸有局限性,不能用于生產(chǎn)大型部件。
當(dāng)AM增材制造發(fā)展到允許采用硬質(zhì)合金粉末或具有相似物理性能的材料來打印物件時(shí),刀具制造將抵達(dá)一個(gè)全新的起點(diǎn)。伊斯卡研發(fā)工程師們正在采用新的加工方法來制造可轉(zhuǎn)位刀片,取代早前昂貴且耗時(shí)的模具壓制工藝;能顯著縮短刀體和刀片的從研制到實(shí)施切削試驗(yàn)的周期。
盡管AM增材制造在刀具行業(yè)的應(yīng)用有著鼓舞人心的前景,但仍有幾個(gè)障礙需要克服。目前,由于受到精度的限制,3D打印還無法完全取代傳統(tǒng)加工。例如心軸或刀柄的中心孔表面需要磨削加工;刀體的刀片定位槽基準(zhǔn)面需要銑削加工;內(nèi)孔螺紋也需要進(jìn)行螺紋加工。值得注意的是,機(jī)床生產(chǎn)商已經(jīng)推出了“混合制造”加工機(jī)床,融合傳統(tǒng)的金屬減材制造技術(shù)與3D打印技術(shù)于一體。但這些采用增材制造技術(shù)生產(chǎn)的零件的疲勞壽命、疲勞斷裂和高速旋轉(zhuǎn)下的可靠性都還有待考究。
伊斯卡作為世界領(lǐng)先的切削刀具生產(chǎn)商之一,其研發(fā)部門已引進(jìn)了AM增材制造這一全新的技術(shù),目前還有限地應(yīng)用于制造原型;另外還主要用于小批量生產(chǎn)。這些領(lǐng)域的進(jìn)展意味著在不久的將來,3D打印技術(shù)將在切削刀具生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。