行業(yè)動(dòng)態(tài)2024-10-23
新千年迎來(lái)了金屬切削應(yīng)用領(lǐng)域的革新性解決方案。伊斯卡公司作為金屬切削領(lǐng)域的技術(shù)先行者之一，正研究如何將增材制造工藝集成至刀具制造體系中。富于開創(chuàng)性的金屬切削技術(shù)促成伊斯卡的研發(fā)工程師們能在為用戶帶來(lái)降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率的技術(shù)創(chuàng)新的解決方案方面不斷推陳出新。
增材制造技術(shù)
數(shù)字化革命（也稱為第三次工業(yè)革命）的主要成果之一就是推出了3D打印技術(shù)——即在計(jì)算機(jī)控制下通過(guò)熔融材料，逐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(shù)被視為“科幻小說(shuō)”元素，在過(guò)去的二十幾年間，3D打印已成為一項(xiàng)為制造商們和設(shè)計(jì)師們這類群體所接納的一項(xiàng)頗受歡迎的因技術(shù)推動(dòng)而帶來(lái)的增益項(xiàng)。
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(zhǔn)確折射出3D打印最重要的兩大特點(diǎn)：制造：已經(jīng)超越了原先人們所認(rèn)知的快速成型領(lǐng)域，該方法已推廣至許多工業(yè)應(yīng)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(shù)形成了鮮明對(duì)比，該方式方法通過(guò)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(bǔ)材料組件。
現(xiàn)在市面上有各種各樣的增材制造技術(shù)，這些技術(shù)基于不同的物理原理：激光立體印刷術(shù)（SL）、多噴頭建模（MJD）和激光燒結(jié)（LS）等等。根據(jù)最新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，AM增材制造被明確地劃分為幾類。上世紀(jì)八十年代，3D打印開始被作為一種設(shè)計(jì)工具，用于實(shí)現(xiàn)原型的快速制造。通過(guò)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(xué)、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(shù)的采用還能夠?qū)崿F(xiàn)更快速的生產(chǎn)制造時(shí)間。
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(zhǔn)確折射出3D打印最重要的兩大特點(diǎn)：制造：已經(jīng)超越了原先人們所認(rèn)知的快速成型領(lǐng)域，該方法已推廣至許多工業(yè)應(yīng)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(shù)形成了鮮明對(duì)比，該方式方法通過(guò)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(bǔ)材料組件。
現(xiàn)在市面上有各種各樣的增材制造技術(shù)，這些技術(shù)基于不同的物理原理：激光立體印刷術(shù)（SL）、多噴頭建模（MJD）和激光燒結(jié)（LS）等等。根據(jù)最新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，AM增材制造被明確地劃分為幾類。上世紀(jì)八十年代，3D打印開始被作為一種設(shè)計(jì)工具，用于實(shí)現(xiàn)原型的快速制造。通過(guò)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(xué)、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(shù)的采用還能夠?qū)崿F(xiàn)更快速的生產(chǎn)制造時(shí)間。
增材制造技術(shù)的應(yīng)用
隨著3D打印工藝持續(xù)不斷的技術(shù)進(jìn)步，人們最終步入了AM增材制造的時(shí)代。二十一世紀(jì)初，該技術(shù)開始被用于批量生產(chǎn)。與所有的技術(shù)創(chuàng)新一樣，隨著AM增材制造技術(shù)的普及，不斷增長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用和規(guī)模經(jīng)濟(jì)帶來(lái)相關(guān)設(shè)備銷售的快速增長(zhǎng)，促使AM增材制造設(shè)備制造商之間產(chǎn)生了激烈的競(jìng)爭(zhēng)，其結(jié)果是人們獲取該技術(shù)的代價(jià)在降低。盡管在某些人看來(lái)，3D打印機(jī)似乎是來(lái)自未來(lái)的技術(shù)；但是在許多應(yīng)用領(lǐng)域，該技術(shù)已經(jīng)變得像CNC機(jī)床一樣，成為了主流。
根據(jù)媒體和技術(shù)報(bào)告所稱，3D打印主要應(yīng)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(shù)的應(yīng)用日益廣泛，但是距離成為全球金屬加工的主流技術(shù)，仍然還有很長(zhǎng)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(shù)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(shù)簡(jiǎn)單地抹去了物理空間的邊界，現(xiàn)在無(wú)論3D打印機(jī)與計(jì)算機(jī)相隔有多遠(yuǎn)，人們只需將計(jì)算機(jī)模型發(fā)送到3D打印機(jī)即可進(jìn)行生產(chǎn)，并且在組件生產(chǎn)過(guò)程中完全不需要進(jìn)一步的人工干預(yù)。例如，現(xiàn)今在太空飛行期間，能實(shí)現(xiàn)在飛船上直接打印必要的備件。此外，還可以設(shè)計(jì)并特別定制骨科植入物。神奇的是，3D打印機(jī)還具有自我修復(fù)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(shí)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?yàn)楹娇蘸教鞓I(yè)對(duì)安全性的要求非常高），AM增材制造生產(chǎn)出的關(guān)鍵部件還需要通過(guò)各種嚴(yán)格的測(cè)評(píng)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(jī)的生產(chǎn)涉及了整條復(fù)雜的生產(chǎn)制造鏈，需要大量的夾具。從這一方面來(lái)看，在生產(chǎn)中引入AM增材制造從根本上減少了生產(chǎn)準(zhǔn)備的時(shí)間和成本。
大大減小的尺寸和不那么嚴(yán)苛的安全標(biāo)準(zhǔn)為AM增材制造應(yīng)用于無(wú)人機(jī)（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(dòng)力學(xué)角度來(lái)塑形無(wú)人機(jī)。
在全球的航空航天領(lǐng)域，鈦是最常用的材料之一。而鈦基合金零件通常都通過(guò)減材制造的方法加工來(lái)的。在典型的加工過(guò)程中，大多數(shù)昂貴且難以加工的材料被切除。飛機(jī)制造商們正在致力于使用鈦粉來(lái)生產(chǎn)相對(duì)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(shù)應(yīng)用于汽車制造業(yè)。
增材制造的優(yōu)缺點(diǎn)也是并存的，準(zhǔn)確理解這些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)就可以更好地在金屬切削領(lǐng)域定義AM增材制造：
優(yōu)點(diǎn)：在生產(chǎn)制造復(fù)雜零件時(shí)，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(shù)的另一項(xiàng)主要優(yōu)勢(shì)，例如，您可以使用同一臺(tái)3D打印機(jī)來(lái)輕松制造不同的零部件，而無(wú)需進(jìn)行大幅度的調(diào)整；此外，在實(shí)際的原型制作中，只需通過(guò)編輯零件的計(jì)算機(jī)模型，并進(jìn)行重新打印即可完成零件的設(shè)計(jì)更改，因此AM增材制造技術(shù)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(guò)快速制造相合的部件對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)進(jìn)行更改；從工程的角度來(lái)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(shè)計(jì)：比如不同壁厚卻具有同等強(qiáng)度；必不可少的可提高有效流動(dòng)效率的管道形狀等等；另外，在增材制造過(guò)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(méi)有缺點(diǎn)：在精度方面，該技術(shù)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(jìn)行精加工；并非每種工程材料都適合于通過(guò)增材制造方法制造零件；目前的3D打印機(jī)工作空間尺寸有局限性，不能用于生產(chǎn)大型部件。
根據(jù)媒體和技術(shù)報(bào)告所稱，3D打印主要應(yīng)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(shù)的應(yīng)用日益廣泛，但是距離成為全球金屬加工的主流技術(shù)，仍然還有很長(zhǎng)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(shù)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(shù)簡(jiǎn)單地抹去了物理空間的邊界，現(xiàn)在無(wú)論3D打印機(jī)與計(jì)算機(jī)相隔有多遠(yuǎn)，人們只需將計(jì)算機(jī)模型發(fā)送到3D打印機(jī)即可進(jìn)行生產(chǎn)，并且在組件生產(chǎn)過(guò)程中完全不需要進(jìn)一步的人工干預(yù)。例如，現(xiàn)今在太空飛行期間，能實(shí)現(xiàn)在飛船上直接打印必要的備件。此外，還可以設(shè)計(jì)并特別定制骨科植入物。神奇的是，3D打印機(jī)還具有自我修復(fù)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(shí)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?yàn)楹娇蘸教鞓I(yè)對(duì)安全性的要求非常高），AM增材制造生產(chǎn)出的關(guān)鍵部件還需要通過(guò)各種嚴(yán)格的測(cè)評(píng)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(jī)的生產(chǎn)涉及了整條復(fù)雜的生產(chǎn)制造鏈，需要大量的夾具。從這一方面來(lái)看，在生產(chǎn)中引入AM增材制造從根本上減少了生產(chǎn)準(zhǔn)備的時(shí)間和成本。
大大減小的尺寸和不那么嚴(yán)苛的安全標(biāo)準(zhǔn)為AM增材制造應(yīng)用于無(wú)人機(jī)（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(dòng)力學(xué)角度來(lái)塑形無(wú)人機(jī)。
在全球的航空航天領(lǐng)域，鈦是最常用的材料之一。而鈦基合金零件通常都通過(guò)減材制造的方法加工來(lái)的。在典型的加工過(guò)程中，大多數(shù)昂貴且難以加工的材料被切除。飛機(jī)制造商們正在致力于使用鈦粉來(lái)生產(chǎn)相對(duì)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(shù)應(yīng)用于汽車制造業(yè)。
增材制造的優(yōu)缺點(diǎn)也是并存的，準(zhǔn)確理解這些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)就可以更好地在金屬切削領(lǐng)域定義AM增材制造：
優(yōu)點(diǎn)：在生產(chǎn)制造復(fù)雜零件時(shí)，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(shù)的另一項(xiàng)主要優(yōu)勢(shì)，例如，您可以使用同一臺(tái)3D打印機(jī)來(lái)輕松制造不同的零部件，而無(wú)需進(jìn)行大幅度的調(diào)整；此外，在實(shí)際的原型制作中，只需通過(guò)編輯零件的計(jì)算機(jī)模型，并進(jìn)行重新打印即可完成零件的設(shè)計(jì)更改，因此AM增材制造技術(shù)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(guò)快速制造相合的部件對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)進(jìn)行更改；從工程的角度來(lái)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(shè)計(jì)：比如不同壁厚卻具有同等強(qiáng)度；必不可少的可提高有效流動(dòng)效率的管道形狀等等；另外，在增材制造過(guò)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(méi)有缺點(diǎn)：在精度方面，該技術(shù)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(jìn)行精加工；并非每種工程材料都適合于通過(guò)增材制造方法制造零件；目前的3D打印機(jī)工作空間尺寸有局限性，不能用于生產(chǎn)大型部件。
伊斯卡將增材制造應(yīng)用于刀具制造領(lǐng)域
伊斯卡的研發(fā)部門深諳AM增材制造的優(yōu)缺點(diǎn)，并基于這個(gè)認(rèn)知將其應(yīng)用于金屬加工領(lǐng)域。當(dāng)用于生產(chǎn)切削刀具時(shí)，3D打印也可以提供多種情況下的解決方案。通過(guò)AM增材制造能實(shí)現(xiàn)在刀體內(nèi)創(chuàng)建復(fù)雜的內(nèi)部通道和腔體。這些特征可以使冷卻液流經(jīng)刀體內(nèi)流道直達(dá)刀具切削區(qū)域?qū)崿F(xiàn)冷卻。在設(shè)計(jì)高壓冷卻刀具(HPC)時(shí)，刀體內(nèi)部冷卻通道及其橫截面形狀是關(guān)鍵因子；增材制造為內(nèi)部通道的“成型”提供了理想的解決方案。此外，AM增材制造技術(shù)還能夠制造具有排屑槽，復(fù)雜表面形狀，背錐和清根等特征的刀體。而采用傳統(tǒng)技術(shù)時(shí)，這些特征都只能通過(guò)切削加工來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在這些領(lǐng)域中，AM增材制造的應(yīng)用將減少生產(chǎn)工步并縮短加工周期。此外，AM增材制造還能確保在成形過(guò)程中兼顧刀體強(qiáng)度和排屑槽空間之間的完美平衡。
當(dāng)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(lái)打印物件時(shí)，刀具制造將抵達(dá)一個(gè)全新的起點(diǎn)。伊斯卡研發(fā)工程師們正在采用新的加工方法來(lái)制造可轉(zhuǎn)位刀片，取代早前昂貴且耗時(shí)的模具壓制工藝；能顯著縮短刀體和刀片的從研制到實(shí)施切削試驗(yàn)的周期。
盡管AM增材制造在刀具行業(yè)的應(yīng)用有著鼓舞人心的前景，但仍有幾個(gè)障礙需要克服。目前，由于受到精度的限制，3D打印還無(wú)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(zhǔn)面需要銑削加工；內(nèi)孔螺紋也需要進(jìn)行螺紋加工。值得注意的是，機(jī)床生產(chǎn)商已經(jīng)推出了“混合制造”加工機(jī)床，融合傳統(tǒng)的金屬減材制造技術(shù)與3D打印技術(shù)于一體。但這些采用增材制造技術(shù)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(lǐng)先的切削刀具生產(chǎn)商之一，其研發(fā)部門已引進(jìn)了AM增材制造這一全新的技術(shù)，目前還有限地應(yīng)用于制造原型；另外還主要用于小批量生產(chǎn)。這些領(lǐng)域的進(jìn)展意味著在不久的將來(lái)，3D打印技術(shù)將在切削刀具生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
當(dāng)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(lái)打印物件時(shí)，刀具制造將抵達(dá)一個(gè)全新的起點(diǎn)。伊斯卡研發(fā)工程師們正在采用新的加工方法來(lái)制造可轉(zhuǎn)位刀片，取代早前昂貴且耗時(shí)的模具壓制工藝；能顯著縮短刀體和刀片的從研制到實(shí)施切削試驗(yàn)的周期。
盡管AM增材制造在刀具行業(yè)的應(yīng)用有著鼓舞人心的前景，但仍有幾個(gè)障礙需要克服。目前，由于受到精度的限制，3D打印還無(wú)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(zhǔn)面需要銑削加工；內(nèi)孔螺紋也需要進(jìn)行螺紋加工。值得注意的是，機(jī)床生產(chǎn)商已經(jīng)推出了“混合制造”加工機(jī)床，融合傳統(tǒng)的金屬減材制造技術(shù)與3D打印技術(shù)于一體。但這些采用增材制造技術(shù)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(lǐng)先的切削刀具生產(chǎn)商之一，其研發(fā)部門已引進(jìn)了AM增材制造這一全新的技術(shù)，目前還有限地應(yīng)用于制造原型；另外還主要用于小批量生產(chǎn)。這些領(lǐng)域的進(jìn)展意味著在不久的將來(lái)，3D打印技術(shù)將在切削刀具生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
