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確折射出3D打印最重要的兩大特點:制造:已經(jīng)超越了原先人們所認知的快速成型領域,該方法已推廣至許多工業(yè)應用中,用于生產(chǎn)各種零部件;增材:與傳統(tǒng)的減材制造技術形成了鮮明對比,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材料組件。
現(xiàn)在市面上有各種各樣的增材制造技術,這些技術基于不同的物理原理:激光立體印刷術(SL)、多噴頭建模(MJD)和激光燒結(jié)(LS)等等。根據(jù)最新的國家標準和國際標準,AM增材制造被明確地劃分為幾類。上世紀八十年代,3D打印開始被作為一種設計工具,用于實現(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、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;并且該技術的采用還能夠?qū)崿F(xiàn)更快速的生產(chǎn)制造時間。
根據(jù)媒體和技術報告所稱,3D打印主要應用于航空航天、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)。盡管該技術的應用日益廣泛,但是距離成為全球金屬加工的主流技術,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)字化技術簡單地抹去了物理空間的邊界,現(xiàn)在無論3D打印機與計算機相隔有多遠,人們只需將計算機模型發(fā)送到3D打印機即可進行生產(chǎn),并且在組件生產(chǎn)過程中完全不需要進一步的人工干預。例如,現(xiàn)今在太空飛行期間,能實現(xiàn)在飛船上直接打印必要的備件。此外,還可以設計并特別定制骨科植入物。神奇的是,3D打印機還具有自我修復功能,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,因為航空航天業(yè)對安全性的要求非常高),AM增材制造生產(chǎn)出的關鍵部件還需要通過各種嚴格的測評后,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;飛機的生產(chǎn)涉及了整條復雜的生產(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)準備的時間和成本。
大大減小的尺寸和不那么嚴苛的安全標準為AM增材制造應用于無人機(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力學角度來塑形無人機。
在全球的航空航天領域,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。飛機制造商們正在致力于使用鈦粉來生產(chǎn)相對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增材制造技術應用于汽車制造業(yè)。
增材制造的優(yōu)缺點也是并存的,準確理解這些優(yōu)點和缺點就可以更好地在金屬切削領域定義AM增材制造:
優(yōu)點:在生產(chǎn)制造復雜零件時,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的另一項主要優(yōu)勢,例如,您可以使用同一臺3D打印機來輕松制造不同的零部件,而無需進行大幅度的調(diào)整;此外,在實際的原型制作中,只需通過編輯零件的計算機模型,并進行重新打印即可完成零件的設計更改,因此AM增材制造技術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現(xiàn)有設計進行更改;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計:比如不同壁厚卻具有同等強度;必不可少的可提高有效流動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:在精度方面,該技術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打印機工作空間尺寸有局限性,不能用于生產(chǎn)大型部件。
當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,刀具制造將抵達一個全新的起點。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的模具壓制工藝;能顯著縮短刀體和刀片的從研制到實施切削試驗的周期。
盡管AM增材制造在刀具行業(yè)的應用有著鼓舞人心的前景,但仍有幾個障礙需要克服。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面需要銑削加工;內(nèi)孔螺紋也需要進行螺紋加工。值得注意的是,機床生產(chǎn)商已經(jīng)推出了“混合制造”加工機床,融合傳統(tǒng)的金屬減材制造技術與3D打印技術于一體。但這些采用增材制造技術生產(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。
伊斯卡作為世界領先的切削刀具生產(chǎn)商之一,其研發(fā)部門已引進了AM增材制造這一全新的技術,目前還有限地應用于制造原型;另外還主要用于小批量生產(chǎn)。這些領域的進展意味著在不久的將來,3D打印技術將在切削刀具生產(chǎn)領域得到廣泛應用。