混合制造：CNC 和 3D 打印的融合

1。简介：纯增材制造和纯数控的局限性

加工（数控铣削/车削）精确、快速并可提供完美的表面。然而，由于空腔和极端的组件复杂性，它失败了。增材金属 3D 打印可构建复杂的结构，但存在表面粗糙且需要分离支撑结构的问题。

混合制造将两个世界结合在一台机器中。本指南强调了可以在同一设置中进行打印和铣削的系统的巨大潜力。

2。混合流程如何运作

该过程在增材构建和减材去除之间无缝切换：

1. 准备工作：将基体（通常是廉价的钢坯）夹入机器中。
2. 增材制造 (DED)：激光焊接头将新材料（例如高品质铬镍铁合金）逐层应用到毛坯上。
3. 减材中间加工：在部件完全构建且无法再加工到内表面之前，机器会自动切换到铣头。内部通道或轴承座铣削至 µm 精度。
4. 进一步构建：激光进一步焊接组件并封闭之前铣削的完美空腔。

3。混合制造的最大优势

• “一体完成”：组件不必夹在 3D 打印机和铣床之间。这消除了零点错误，减少了空闲时间（进行中的工作）并节省了生产车间的大量空间。
• 多材料功能：由于 DED 将材料吹成粉末，因此可以在打印过程中混合不同的合金。这样就形成了一个具有坚硬、耐磨核心和坚韧、防锈外皮（梯度材料）的组件。
• 可达性：由于加工中心采用 5 轴运动学，因此通常可以完全省去支撑结构，因为只需将组件旋转到最佳焊接位置即可。

4。混合机器的理想用例

这些机器很复杂而且非常昂贵。对于简单的零件来说，它们不值得，但在特殊的利基市场中却大放异彩：

• 修理（MRO - 维护、修理和大修）：昂贵的大型涡轮叶轮的叶尖已损坏。混合机器扫描断点，干净地铣掉裂纹，焊接全新材料，并在相同的夹紧中将叶片铣回完美的空气动力学轮廓。
• 注塑工具：大型工具块由廉价的钢材预制而成。仅在顶部成型区域，机器焊接铜（用于冷却）和高硬工具钢（用于耐磨），并将所有东西直接铣削至最终尺寸。

5。挑战和限制

尽管理论很精彩，但仍然存在技术障碍：

• CAM 编程：创建机器程序的要求极高。程序员必须同时掌握焊接的热输入和变形以及铣削的切削力（Siemens NX 和 Mastercam 在这方面处于领先地位）。
• 冷却润滑剂问题：铣削通常需要大量冷却润滑剂 (KSS)。然而，激光焊接过程需要绝对清洁、无油脂的环境。因此，在切换模式之前，需要对机器进行彻底的清洁、吹风和干燥。

6。结论：一流的制作

对于精致的中空系列组件，混合机器不会取代经典的 PBF 粉末床打印。但是，当涉及到修复大型、昂贵的工业部件或在没有单独的工艺链的情况下灵活生产复杂的单个零件时，混合生产代表了现代机械加工的绝对顶峰。