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伊斯卡步入（rù）增材製造時代
發布時間：2019-2-26
前言
新千年迎來了金屬切削應用領域的革新性解決方案。伊斯卡公司作為金屬切削領域的技術先行者（zhě）之一 ，正（zhèng）研究如（rú）何將增材製造工（gōng）藝集成至刀具製造體係中。富於開創性的金屬切削技術促成伊斯卡的研發工（gōng）程師們能在為用戶帶來（lái）降（jiàng）低生產成本，提高生（shēng）產率的技（jì）術創新的（de）解決方案方麵不（bú）斷推陳出新。
增材製（zhì）造技術
數字（zì）化革命（也稱為第三次工業革命）的主要成（chéng）果之（zhī）一就是推出了3D打印技術（shù）——即在計（jì）算機控製下通過（guò）熔融材料，逐（zhú）層疊加生成具有三維（3D）特性物件的一種方式方法。以前，3Ｄ打印技術被視為“科幻小（xiǎo）說”元素（sù），在過去的二十（shí）幾年間（jiān），3D打印已成為一項為製造商們和（hé）設計師們（men）這類群體（tǐ）所接納的一項頗受歡迎的因技（jì）術推動（dòng）而帶（dài）來的增益項。
今天（tiān），該方式方法主要被稱為增（zēng）材製造（AM）。增材（cái）製造這一詞條準確折射出3D打印最重要的（de）兩大特點：製造：已經超（chāo）越了（le）原先人們所認知的快速（sù）成型領域，該方法已推廣至許多工業應用中，用於生產各種零部件；增材：與傳（chuán）統的減材製造技術形成了鮮明對（duì）比，該方式（shì）方法通過（guò）不斷地疊加材（cái）料製造出（chū）所期許的物件。而傳（chuán）統的製造方式（shì）隻有在裝配階段才添補材料組件。
現在市麵上有各種各（gè）樣的增材製造技術，這些技術（shù）基於不（bú）同（tóng）的物理原理：激（jī）光立體印刷術（SL）、多噴頭建模（mó）（MJD）和激光燒結（LS）等（děng）等。根據最（zuì）新的國家標準和（hé）國際標準，AM增（zēng）材製造被明確（què）地劃分為幾類（lèi）。上世紀八十年（nián）代，3D打（dǎ）印開始（shǐ）被作為一種設計工具（jù），用於實現原型的快速製造。通（tōng）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；從而使人們能從美學、功能（néng）性、重量（liàng）和表麵（miàn）光潔度等產品特性方麵更好更直觀地理解物件；並且該技（jì）術的（de）采用還能夠實現更快速的生產製造（zào）時間。
增材製造技術的應用
隨著3D打印工藝（yì）持續（xù）不斷的技術進步，人們最（zuì）終步入了AM增材製造的時代。二十一世紀初，該（gāi）技術開始被用於批量生（shēng）產。與（yǔ）所有（yǒu）的技（jì）術創（chuàng）新一樣，隨著AM增材製（zhì）造（zào）技術的普及，不斷增長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增材製造設備製造商之間產生了激烈的競爭，其結果是人們獲取該技術的代（dài）價在降低。盡管在（zài）某些人看來，3D打（dǎ）印機似乎是來自未（wèi）來的技術（shù）；但是在許（xǔ）多應用領域，該技術已經變（biàn）得（dé）像CNC機床一樣，成為了主（zhǔ）流。
根據媒體和技術報告所稱，3D打印主要應用於航（háng）空航天（tiān）、軍事、汽車（chē）和醫療行業，其中AM不僅僅（jǐn）用於原型製造，也可以用於小批量甚至大批量生產。盡管該技術的應用（yòng）日（rì）益廣泛，但是距離成為全球（qiú）金屬加工的主流（liú）技術，仍（réng）然（rán）還有很長一段（duàn）路要（yào）走。
在醫藥、航空航天、汽車和（hé）軍事等難以盡數的行業中（zhōng），增材製造技術為各（gè）種（zhǒng）組件的生產打開（kāi）了全新的視野。更令人驚喜的是，數字化技術簡單（dān）地抹去了物理空間的邊界，現在無論3D打印機與計算機相隔有多遠，人們（men）隻需將計算機模型發送到（dào）3D打印機即可進行生產，並（bìng）且在組件生產（chǎn）過程中完全不需要進一步的（de）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必（bì）要的備件。此外，還可（kě）以設計並特別（bié）定製骨科植入物。神奇的是，3D打印機還具有自我修複功能，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（yǒu）一些小型零件、配件（jiàn）及硬件非常適合采用3D打印製（zhì）造，但是為安（ān）全起見（可以理解（jiě）為，因為航空航天（tiān）業對（duì）安全性的要（yào）求非常高），AM增材製（zhì）造生產出（chū）的關鍵部件還需要（yào）通過各種嚴格的測評後，才能用於取代依賴傳統加工方（fāng）法所製造出的零部件。然而，人們通常能將（jiāng）AM增材製造用於製造（zào）各種各樣的固（gù）定裝置、夾具、量（liàng）具；飛機的生產涉及了整條複雜（zá）的生產製（zhì）造鏈，需要（yào）大量的夾具。從這一方麵來看，在（zài）生產中（zhōng）引入AM增材製造（zào）從根本上減少了生產準備的時間和成本。
大（dà）大（dà）減小的尺寸和不那麽嚴苛的安全（quán）標（biāo）準為AM增材製（zhì）造應用於無人機（UAV）製造開啟了大門，這種新方法不僅（jǐn）可以減輕重量，還能以更低的成本更有效地從空（kōng）氣動力學角度來（lái）塑（sù）形無人機。
在全球的航（háng）空航天領域，鈦（tài）是最常用（yòng）的材料之一。而鈦基（jī）合金零件通常都通過減材（cái）製造的方法加工來的。在典（diǎn）型的加工過程中，大多數昂貴且（qiě）難以加工的（de）材料（liào）被切除。飛機製造商們正在致力於使用鈦粉（fěn）來生產相對小（xiǎo）型的鈦基合（hé）金零（líng）件。類（lèi）似於航空航天業的這一做（zuò）法，人們同樣也將AM增材製造技術應用（yòng）於汽車製造業。
增材製造的優（yōu）缺點也是並存的，準確理解這些優（yōu）點和缺點就可以更好（hǎo）地在金屬切削領域定義AM增材製造：
優點：在生產製造複（fù）雜零件時，采用增材製（zhì）造能顯著降（jiàng）低生產（chǎn）成本；極大的靈活性是該技（jì）術的另一項主要優勢，例（lì）如，您可以使用同一台（tái）3D打印機（jī）來輕鬆（sōng）製造不（bú）同（tóng）的零部件，而無需進行大幅度（dù）的調整；此外（wài），在實際的原型製（zhì）作中，隻（zhī）需通過（guò）編輯零（líng）件的計算機模型，並進（jìn）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（duǎn）從概念到交付的這一周期（qī），還能夠通過快速製造相合的部件（jiàn）對現有設計進行更改；從工程（chéng）的角度來看，該（gāi）方式方法確保了所生產出的原型零件非常貼近人們的設（shè）計：比（bǐ）如不同壁厚（hòu）卻具有同等強度；必不可少的可提高有效流動（dòng）效率的管（guǎn）道形狀等等；另外，在增材製造過程中，因所用即所得從而大大節約了（le）生產中的物料成本。
然而（ér），AM增材製造（zào）並非沒有缺點：在精度方麵，該技術尚不能滿足（zú）零件表麵精度要求，因此通常需要采用傳統加工方（fāng）法進行精加（jiā）工；並非每種工程材料都（dōu）適合於通過增材製造方法製造零件；目前的3D打印機工（gōng）作空間尺寸有局限性，不能用於生產大型部件。
伊（yī）斯卡將增材（cái）製造應用於刀具製造領域
伊斯卡的研發部門深諳AM增材製造的優缺點，並基於這個認（rèn）知將其應用於金屬（shǔ）加工（gōng）領域。當用（yòng）於生產切削刀（dāo）具時（shí），3D打（dǎ）印也可以提供多（duō）種情況下的解決方案。通過AM增材製造（zào）能實現（xiàn）在刀體內（nèi）創建複雜的內部通道和腔體。這些特征可以使冷卻液流經刀體內流道直達刀具切削區域實現冷卻。在設（shè）計高壓冷（lěng）卻刀（dāo）具(HPC)時，刀體內部冷卻（què）通道及（jí）其橫截麵形狀是關鍵因（yīn）子；增材（cái）製造為內部通道的“成型”提供了理想的解決方案。此外，AM增材製造（zào）技術還能夠（gòu）製造具有排屑槽，複（fù）雜表（biǎo）麵（miàn）形狀，背錐和清根等特征的刀體。而采用傳統技術時，這些特征都隻能通（tōng）過切（qiē）削加工來實現的。在這些領域中，AM增材（cái）製造的應用將減少生產工步並縮短加工周期。此外，AM增材製造還（hái）能確保在（zài）成（chéng）形過程中兼顧刀體強度和排屑槽空（kōng）間之間的完美平衡。
當AM增材製造發展（zhǎn）到允許（xǔ）采用（yòng）硬質合金粉末或具有相似物理性能（néng）的材料來打印物件時（shí），刀（dāo）具（jù）製造將抵達一個全新的起點。伊斯卡研發工程師（shī）們正在采用新的加工（gōng）方法來製（zhì）造可轉（zhuǎn）位刀片，取代早前昂貴且耗（hào）時的模具（jù）壓製工藝；能顯著（zhe）縮短刀體和刀片的從研（yán）製到實施切削試驗的周期。
盡管（guǎn）AM增（zēng）材製造在刀（dāo）具行業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（qián），由（yóu）於受（shòu）到精度的限製，3D打印還（hái）無法完（wán）全取（qǔ）代傳統加工。例如（rú）心軸或刀柄的中心孔表麵需要磨削加工；刀體的刀片定（dìng）位槽基準麵需要銑削加工；內（nèi）孔螺（luó）紋也需要進行螺紋加工（gōng）。值得注意的是，機床生（shēng）產商已經推出了（le）“混合製造”加（jiā）工機床，融（róng）合傳統的金屬減材（cái）製造技（jì）術（shù）與（yǔ）3D打印技術於一體。但（dàn）這些（xiē）采用增（zēng）材製造技術生產的零件（jiàn）的疲勞壽命（mìng）、疲勞斷裂和高速旋轉下的可靠性都還有待（dài）考究（jiū）。
伊斯卡作為世界領先的切削刀具生產商之一，其研發部門已引進了AM增材製造這一全新的技術，目前還有限地應用於製造原（yuán）型；另外還（hái）主（zhǔ）要用於小（xiǎo）批量生產。這些領域的進展意味著在不久的（de）將來（lái），3D打（dǎ）印技（jì）術將在切削刀具生產領域得到廣泛應用。