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伊（yī）斯卡步入增材製造時代

2019-2-26 來源（yuán）：伊（yī）斯（sī）卡公司可轉位銑刀技術經理作者：Andrei Petrilin

前言

新千年迎來了金屬切削應用領域的革新（xīn）性解決（jué）方案。伊斯卡公司作為金屬切削領域的技術先行者之一，正研究如（rú）何將增材製造（zào）工藝集成至刀具製造（zào）體係（xì）中。富於開（kāi）創性的金屬切削技術促（cù）成伊斯卡的研發工程師們能在為用戶帶來降低生產成本，提高生產率的技術創新的解決方案方麵不斷推陳出新。

增材製造技術

數（shù）字化革命（也稱為第三次工業革命）的主要成果之（zhī）一就是推出了3D打印技術（shù）——即在計算機控（kòng）製下通過熔融（róng）材料，逐（zhú）層疊加（jiā）生成具（jù）有三維（3D）特性物件的一種方（fāng）式方法。以前，3Ｄ打印技術被視為“科幻小（xiǎo）說”元素，在過（guò）去（qù）的（de）二十幾年間，3D打印已成為一項為製造商們和設計師們這類群（qún）體所接納的一項頗受歡迎的因技術（shù）推動而帶（dài）來的增（zēng）益項。

今天，該方式方法主要被稱為增材製造（AM）。增材製造這（zhè）一詞條準確折射出（chū）3D打印最重要的兩大特點：製造：已經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（gōng）業應用中，用於生產各種零部（bù）件；增材：與（yǔ）傳統的減材製造技術形成了鮮明對比，該方式方法通過不斷地（dì）疊加（jiā）材（cái）料製造出所期許的物件。而傳統的製造方式隻有在裝配階段才添補材料（liào）組件。

現在市麵上有各種各（gè）樣的增材製造技術，這些技術基於不同的物理原理：激光立體印刷術（SL）、多噴頭建模（MJD）和激光燒結（LS）等等。根據（jù）最新的國家標準和國際標準，AM增材製造被明確地劃分為幾（jǐ）類。上世紀八十年代，3D打印開始被作為一種設計工具，用於實（shí）現（xiàn）原型的快（kuài）速製造。通過3D打印，人們可以不再依賴於傳統的二維圖紙，而是可以（yǐ）創建出全息還原的3D模型；從而使人們能（néng）從（cóng）美學、功能（néng）性、重量（liàng）和表麵光（guāng）潔度等產品特性方麵更好更直觀地理解物件；並且該技術的采用還能夠實現更快速的生產製造時間。

增材製造技術的應用

隨著3D打印工藝持續不斷的技術進步，人們最（zuì）終步入了AM增材製造的時代。二十（shí）一世紀初，該技術開始（shǐ）被用於批量生產。與所有的技術創（chuàng）新一樣，隨（suí）著AM增材製造技術的普及，不斷增長（zhǎng）的產業應用和規模經濟帶來相關設備銷售的快（kuài）速增長，促使AM增材製（zhì）造設（shè）備製造商（shāng）之（zhī）間產生了激烈（liè）的（de）競爭，其結果是人們獲取該技術的代價在降低。盡管在某些人看來，3D打印機似乎是（shì）來自未來的技術；但（dàn）是在許多應用領域，該（gāi）技術已經變得像（xiàng）CNC機床一樣，成（chéng）為了主流。

根據媒體和技術報告所稱，3D打印主要（yào）應用（yòng）於航空（kōng）航天、軍事、汽車和醫療行（háng）業，其中AM不僅僅用於原型製造，也可以用於小批量甚（shèn）至大（dà）批量生產。盡管該（gāi）技術的應用（yòng）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（duàn）路要走。

在醫藥、航空航天、汽車和軍事（shì）等難以盡數的行業中，增材製造技術為各種組件的生產打開了全新的視野。更令人（rén）驚喜的（de）是，數字化技術簡單地抹（mò）去了物理空間的邊界，現在無（wú）論3D打印機與計（jì）算機相隔有多遠，人們（men）隻需將計（jì）算機模型發送到3D打印機即可進行生（shēng）產，並且在組件生產（chǎn）過程中完全不需要進一步的人工幹預。例如，現今在太空飛行期間，能實現在飛船上直接打印（yìn）必要的備件。此（cǐ）外（wài），還可以設計（jì）並（bìng）特別定製骨科植入物。神奇的是，3D打印機還具有自（zì）我修複（fù）功能，甚至可以快速地生產自身所（suǒ）需的破損的部件或臨（lín）時替代部件。

在航空航天業中，雖然有一些小型零件、配件及（jí）硬件非常適合采用3D打（dǎ）印製造，但是為安全起見（可以理解（jiě）為，因為航空航天業（yè）對安全性的要求非常高），AM增（zēng）材（cái）製造生產出的關鍵部件還需要通過各種嚴（yán）格的測評後，才能（néng）用（yòng）於取代依賴（lài）傳統加工方法所製造出的零部件。然而，人們通常能將AM增（zēng）材製造用於（yú）製（zhì）造各種各樣的固定（dìng）裝置、夾具、量具；飛（fēi）機的生產涉及了整條複雜的生產製（zhì）造鏈，需要大量的夾具。從這一（yī）方麵來（lái）看，在生產（chǎn）中引入AM增材製造從根本上（shàng）減少了生產準備的時間和（hé）成本（běn）。

大大減小（xiǎo）的尺（chǐ）寸和不（bú）那麽嚴苛的安全標準為AM增材製造應用於（yú）無人機（UAV）製造開啟了（le）大門，這種新方法不僅可以減輕（qīng）重（chóng）量，還能以更低（dī）的成本更有效地從（cóng）空氣動力學角度來（lái）塑形無（wú）人機。

在全球（qiú）的航空航天領域，鈦是最常用的材料之（zhī）一。而鈦（tài）基合（hé）金零件通常都通過減材製造的方法（fǎ）加工來（lái）的。在典型的加工過程中，大多數昂貴且難以加工的材料被切除。飛機製造商（shāng）們正在（zài）致力於使用鈦粉來生（shēng）產相對小型的（de）鈦基合金零件。類似於航空航天業的這一做法，人們同樣也將AM增材製造技術應用於汽車製造業。

增材製造的優缺點也是並存的，準確理（lǐ）解這些優點和缺點就可以更好地在金屬（shǔ）切削（xuē）領域（yù）定義AM增材製造：

優點：在生產製造複雜零件時（shí），采用增材製造能顯著降低生（shēng）產成本；極大（dà）的靈活性是該技術的另一項主（zhǔ）要優勢（shì），例（lì）如，您可以使用同一台3D打印（yìn）機（jī）來輕鬆製造不同的零部件，而無需進行大幅度的（de）調整；此外，在實際的原型製作中，隻需通（tōng）過編輯零件的計算機模型，並進行重新打印即可完成零件的設計更改，因此AM增材製造技術不但能夠顯著地縮短從概念到交付的這一周（zhōu）期，還能夠通過快速製造相合的部件對現（xiàn）有設計進行更改；從工程的（de）角度來（lái）看，該（gāi）方式方法確保了所生產（chǎn）出的原型零件非常貼（tiē）近人們的設計：比如（rú）不同壁（bì）厚（hòu）卻（què）具（jù）有同等強度；必（bì）不可少的可提高有效流動效率的管道形狀（zhuàng）等等；另外，在增材製造過程中，因所用即所得從而大大節約了生產中的物料成本。

然而，AM增材製造並非沒有缺點：在精度方麵，該技術尚不能滿足零件表麵精度要求，因此通常需要采用傳統加工方法進（jìn）行精加工；並非每（měi）種工程材料都（dōu）適（shì）合於通過增（zēng）材製造方法製造零件；目前的3D打印機工作空間尺寸有局限性，不能用於生產大型部件。

伊斯卡將增材製造（zào）應用於刀具製造領域

伊（yī）斯卡的研發部門（mén）深諳AM增材製造的優缺點，並基於這（zhè）個認（rèn）知將其應用於金屬（shǔ）加（jiā）工領域。當用於生產切削刀具時，3D打印（yìn）也可以提供多種情況（kuàng）下的解決方案。通過AM增材製造能實現在刀體內創建複雜的內部通道和腔體。這些特征可以使冷（lěng）卻液流經刀體內流道直達刀具切削區域實現冷卻。在設計高壓冷卻刀具(HPC)時，刀體內部冷卻通道及其橫截麵形狀是關鍵因子；增（zēng）材製造為內部通道的（de）“成型”提供了理（lǐ）想的解決方案。此外，AM增材製造技（jì）術還能夠製造具有排屑槽，複雜表麵（miàn）形狀，背錐和清（qīng）根等特征的刀體。而采用傳統技術時，這些特征都隻能通過切削加工來實現（xiàn）的。在（zài）這些領域中，AM增材製造的應（yīng）用將減少生產工（gōng）步並縮短加工周期（qī）。此外，AM增材製造還能確保（bǎo）在成形過程中兼顧刀體強度和排屑槽空（kōng）間之（zhī）間的完美（měi）平衡。

當（dāng）AM增材製造發展到允（yǔn）許（xǔ）采用（yòng）硬質合金粉末或具有相似物理性能的（de）材料來打印物件時，刀具製造將抵達一個全新的起點。伊斯卡研發工（gōng）程師們正在采用新的加工方法（fǎ）來製造可轉位刀片，取代早前昂貴且耗時的模具壓製工（gōng）藝；能顯著縮（suō）短刀體和刀片的（de）從研（yán）製到實施切削試驗的周期。

盡（jìn）管AM增材製造（zào）在刀具行（háng）業的應用（yòng）有著鼓舞人心的前景，但仍有幾個障礙（ài）需要克服。目前，由於受到精度的限製，3D打印還無法完全（quán）取代傳統（tǒng）加工。例如心軸或（huò）刀柄的中心孔表麵（miàn）需要磨（mó）削加工；刀體的刀片定位槽基準麵需要銑削加工；內（nèi）孔螺紋也需要進行螺紋加工。值得注意的是（shì），機床生產（chǎn）商已經推（tuī）出了“混（hún）合製造”加工（gōng）機（jī）床，融合傳統的金屬減（jiǎn）材製造技術與3D打印技術於一體。但這些采用增材製造技（jì）術生產的（de）零件的疲勞壽命、疲勞斷裂和高速旋轉下的可（kě）靠性（xìng）都還有待考究。

伊（yī）斯（sī）卡作為（wéi）世界領先的切削刀具生產商之一，其研發部門已引進了AM增材製造這（zhè）一全新的技術，目前還（hái）有限地應（yīng）用於製造原型（xíng）；另外還主要用於小批量生產。這些領域的進（jìn）展意味著在不久的將來，3D打印技術將在切削刀具生產領域得到廣泛（fàn）應用。

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