混合CNC机床扩展增材制造能力
2016-1-5 来源：中国航空工业发展研究中心 作者：
国外国防科技文献资料快报
[据工业激光解决方案杂志2015年11月11日报道]增材制造在工业制造领域的应用，尤其是在金属制造中的应用，使后续的处理工艺，如加工、抛光或磨削工作得到重视。早期增材制造的发展是受原型件制造驱动，因此市场上的设备主要以独立的机床结构为主。这种机床结构对于设计部门从事原型件生产来说是理想的，但对于需要后续处理加工的制造来说不是最佳的。特别是独立结构不得不人工进行零件清洗和转移到下一工序。
尽管增材系统在民用领域获得成功并具有独特技术能力，但是还是不能生产出像CNC加工那样的精确度和表面光洁度，但增材可实现复杂几何形状和材料自由度。因此，工业界对将两种机床混合提高了兴趣。目前从分离的独立结构到集成的互补制造装备已经成为增材技术发展的明确路径。增材和减材制造技术的组合研究已经有20多年历史，但直到最近才在民用领域有一些应用经验。第一台商用混合机床是上世纪90年代末期日本的一项大学/工业联合研究项目中开发出来的，是将激光粉末熔融与CNC加工相结合的机床，就是现在知名的LUMEX Avance-25。
而且8年前，学院-工业界联合着手开展在金属增材和减材之间更容易转换刀具研究。研究结果是提供了一台CNC机床，增加了激光镀镉（直接能量沉积技术）功能。该系统于2012年进行了第一次验证，现在被称为AMBIT刀具可转换激光镀镉系统。该系统的提供商为Hybrid Manufacturing Technologies公司，该公司能够改进新的或使用过的CNC机床，使之具有金属3D打印功能。以主流CNC机床为平台，集成额外的增材制造功能这一创新之举获得了2015年“国际增材制造奖”。
这种混合工艺的主要优点是缩短了金属零件的3D打印时间，并依赖打印后加工实现期望的表面光洁度和精度。早期对这种能力的验证包括现有零件的内在特征、表面硬化，以及叶片和叶轮的整体修理（包括在线检测和精加工一步完成）。混合修理工艺首先是为Cummins涡轮增压器叶轮而开发的，随后在发电领域的叶片修理中应用。
从加工到镀镉的转换
AMBIT激光金属沉积头正在专利申请中，它储存在刀具库中，可利用标准刀具转换器将其加载到铣削主轴上。一旦加载到主轴上，与主轴相配合的一个供应装置，与沉积头相连接供应激光能量并给料能够在零件表面实现非反应金属粉末镀镉。沉积头同样由CNC控制器使用定制的M代码控制。一旦沉积完成，沉积头被放回刀具库中，恢复加工状态。沉积头存储在加工区以外有助于它远离冷却液和其它污染物。除了AMBIT系统外，CNC机床还需要激光器、粉末进给装置、退出装置和激光安全罩。这些装置的安装不会影响CNC机床的铣削能力。
从镀镉到柔性激光加工
AMBIT激光镀镉系统集成到CNC机床中促进了高能束流的应用，使激光加工重新受到的关注并有新的发展契机。每次使用完成后，从机床加工包线中移开激光加工头是希望保护激光头，并且保证机床的加工性能不受影响。为了在标准的机床刀具库中储存激光加工头，必须切断光束路径。要保持光学器件干净和工作行程需要小心密封光束路径以免污染，近5年有关可靠自动化这一工作是开发的重点，使用屏蔽罩和密封来实现激光加工头在刀具库中的存储已经实现。这一技术的成功，也意味着能够转换不同的光学器件，即不同焦斑尺寸、形状，甚至空间能量分布。也就是说可以在各种加工工艺之间转换，如激光镀镉和激光抛光或激光钻孔之间的转换。利用准连续波激光器或多源激光器有希望进一步扩展混合CNC机床加工范围。（中国航空工业发展研究中心）
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