增料和減材混合制造機床

增料制造和減料制造是兩個相反的概念，但也可以一起協(xié)同工作的新型伙伴。

位于紐約州的羅徹斯特理工學(xué)院（RIT）和總部位于美國埃爾米拉的哈挺公司就是這樣一對伙伴。RIT的研究人員正在將增料制造能力集成到哈挺公司的橋堡GX 250五軸立式加工中心。該研究的目的是創(chuàng)造一種混合制造系統(tǒng)，可比以傳統(tǒng)制造方法更低的成本來生產(chǎn)更精密的零件。

研究人員正在該加工中心內(nèi)增加部件來實現(xiàn)定向能量沉積技術(shù)（DED）。DED采用集中熱源如高能激光來制造零件。該工藝同時熔化基體材料和粉末原料（通常為金屬粉末，也可以為陶瓷、聚合物和金屬基復(fù)合材料），并融入基體熔池。



橋堡GX 250五軸立式加工中心精加工復(fù)雜渦輪葉片

該項目的負責(zé)人，RIT凱特格里森工程學(xué)院的工業(yè)和系統(tǒng)工程的助理教授Ronald Aman指出：就像焊接一樣，該工藝也有熔化和再固化過程。小熔池的固化在不到一秒的時間內(nèi)完成。

DED頭部經(jīng)過一回合，可產(chǎn)生一層固態(tài)材料。材料一層一層累加，最終可產(chǎn)生3D零件。Aman希望這種情況能迅速改變。其研究團隊正在GX 250機床上安裝多個送粉器，可將不同的金屬和陶瓷粉末吹到DED熔池。Aman指出，打開多種材料組合的混合門，可使用戶制造零件時從一種材料平滑過渡到另一種材料。其結(jié)果是，材料組成沒有突變，消除了常見的因材料機械和熱性能巨大差異造成的失效點。



AMBIT激光熔覆頭在4軸加工機床上向損壞的渦輪葉片添加材料



哈挺 GX250 五軸立式加工中心

什么要將增料制造和減料制造組合在一起？Aman指出，通常增料制造機床生產(chǎn)的一些零件內(nèi)部無法進行精加工，使零件內(nèi)部達不到航空標準或汽車行業(yè)要求。但是采用混合加工的方法，通過添加材料和去除部分材料，可實現(xiàn)零件內(nèi)部要求的精加工。

Aman指出：制造零件時擁有這個能力是一個巨大的優(yōu)勢。與純增料制造不同，混合制造的另一個優(yōu)勢是“任何時候都可以開始制造，而不必擔(dān)心原材料問題?？蓮牟讳P鋼塊料開始，這比同質(zhì)量的增料粉末便宜很多。就像通常的CNC加工一樣，去掉塊料上不是零件的部分。然后，如果有復(fù)雜的幾何特征，可通過增料方法添加。”

混合系統(tǒng)的用戶也可以在現(xiàn)有零件（如損壞的零件）的基礎(chǔ)上開始工作。去掉零件的損壞區(qū)域以后，混合系統(tǒng)能通過增料方法再造該區(qū)域。然后通過精加工再造區(qū)域使零件滿足技術(shù)要求。

Aman期望RIT的項目系統(tǒng)能在3月中旬投入運行，并用于混合制造的研發(fā)。哈挺的任務(wù)是提供現(xiàn)場服務(wù)，以及設(shè)計和應(yīng)用工程服務(wù)。

該項目的其他合作伙伴還包括位于麻省牛津的IPG Photonics公司，提供系統(tǒng)激光；位于英國達拉斯和萊斯特郡的混合制造技術(shù)（Hybrid ManufacturingTechnologies）公司，提供DED工藝的激光熔覆頭。

該合作項目的主要目標之一是要開發(fā)混合系統(tǒng)的刀路生成軟件。據(jù)Aman所言，目前還沒有在5軸設(shè)備上可靠生成增料和減料工藝刀路的軟件。
盡管如此，混合制造系統(tǒng)已經(jīng)上市。Aman指出：“期望未來幾年該技術(shù)會變得更加主流。”