增材制造材料基础(增材制造材料的研发)

数年来,围绕增材制造的好处进行了大量宣传。许多公司已经在机器上进行了投资,并且一直在尝试创新的制造过程。这样的试验通常代表着成本密集的学习过程,但现在的重点越来越放在实现可验证的成功上。以下实际应用表明,该技术在机加工生产环境中正在获得越来越多的应用。

照片来源:Paul Horn GmbH

位于巴登-符腾堡州的工具专家正在为铰孔系统提供增材制造的冷却剂盘。这些确保可靠的切屑控制和长刀具寿命。

增材制造可以多种方式使用。在金属切削中,最重要的是冷却液润滑剂(CL)的柔性。Paul Horn GmbH研发部主管Matthias Luik博士说:“在这种情况下,在无法使用常规内部冷却的情况下,将采用涉及冷却剂或狭窄工具的车削工艺。”。来自蒂宾根工具专家的带有3D打印组件的最新产品是用于铰孔工具的CL分配器盘。在增材制造(AM)中必须考虑许多特殊方面。“随后对功能表面进行机加工意味着必须创建适当的结构来夹紧工件。还必须考虑导致组件变形的内部应力。在这种情况下,组件在工作空间中的位置是决定性因素。” Luik博士说。

潜在的增材制造应用范围广泛,将来以这种方式生产越来越多的零件来满足需求在经济上是可行的。在许多情况下,其中将常规制造的元件与增材制造组合在一起的混合构造方法将被证明是有利的,可将加工工作量减至最少。

增材制造的零点夹紧技术

如果要通过增材制造实现最佳结果,则必须考虑整个过程链。设计不再由材料的金属块决定,而是由组件的功能决定。“在机械加工中,刀具冷却目前是至关重要的方面,”费尔巴赫AMF Andreas Maier GmbH&Co. KG管理层成员JürgenF?rster解释说。即使在非常小的机加工,铸造或注模工具的情况下,3D打印也可以在轮廓附近加入冷却通道。刀具中集成了优化的冷却通道,可确保更快地冷却工件,从而节省大量时间。

AMF的零点钳位模块特别适合于增材制造,可以满足这些条件并加快设置过程。3D打印夹紧技术适用于特殊要求,包括高温。

在机械和技术领域,是创新推动着增材制造向前发展,由众多公司,用户和研究机构组成的网络也在不断积累知识。“批量生产和整体方法正在发挥关键作用,”F?rster报告。“在这里,我们从早期就开始公开交流,以优化和标准化夹持技术方面的各个工艺步骤。我们的零点夹持系统为打印过程和整个后处理阶段提供了统一界面。”

他认为,金属3D打印将在未来实现快速增长。现在,“试验与错误”阶段已被对过程可靠性和自动化的需求所取代。“作为解决方案提供商,我们已经提供了可批量生产的产品,这些产品可以优化整个过程并使之更加经济,”F?rster说。

未来专注于数字化和材料

近年来,该行业越来越集中于提高增材制造工艺的生产率水平。现在的重点已转向过程稳定性和可重复性。因此,过程观察已成为关键因素。尤其是,上游和下游工艺步骤之间数据格式的一致性变得越来越重要,”弗劳恩霍夫ILT的3D打印专家,亚琛应用科学大学的增材制造教授Sebastian Bremen说道。“ IDEA和IDAM研究项目正在与行业的领先合作伙伴一起开发用于涡轮机械工程和汽车行业的此类过程链,在此应予以提及。”

目前,只有少数几种钢材可以进行增材加工。尤其是高碳钢,由于诸如激光粉末床熔合(LPBF)之类的附加工艺中的快速冷却和凝固速率而导致开裂。因此,更容易加工奥氏体和马氏体钢。这些材料例如用于带有智能冷却润滑剂供应的刀夹的制造中。“这项研究旨在确定用于增材制造工艺的高强度钢,并提供合适的切削材料,例如碳化钨-钴(TC-CO),” Bremen解释道。例如AiF项目AddSchneid,采用一种有趣的方法:在LPBF工艺中使用近红外发射器将组件加热到高达800°C,以避免破裂。目的是直接生产轮廓对准的切削刀具,用于带有集成润滑剂供应结构的机械加工。

照片来源:亚琛Fraunhofer ILT

使用激光在金属粉末床中逐层生成组件。

“我认为,整个过程链的持续数字化,用于过程观察和改善过程稳定性的传感器的集成以及用于数据评估的人工智能将变得越来越重要,” Bremen教授预测。“此外,需要开发可受益于增材制造工艺中快速冷却和固化速率的材料。这将有助于拓宽3D打印过程的应用范围。”

新材料开辟了无限的可能性

在过去的五年中,几乎没有其他制造技术像增材制造一样经历了如此快速的发展。开发不仅在流程本身中,而且在相关的设计技能,计算模型和分析工具中都可以看到。过去,必须对表面进行大量的重新加工,但是今天可以将其最小化或完全省去。

Iscar多年来一直为其客户提供增材制造工具。当难以或不可能使用传统方法进行制造时,将使用3D打印技术。“我们的新产品系列具有许多以前从未在市场上出售过的工具,”位于埃特林根的Iscar Germany GmbH首席技术官兼执行董事会成员Erich Timons报告。“其中包括直径非常小的工具。当必须生产带有内部冷却剂通道的基于刀片的工具时,常规方法很快达到了可行的极限。”他认为3D打印仍处于起步阶段。Timons说:“未来的重点将是使用新的增材制造材料,这包括硬质金属和混合材料的增材制造。它具有巨大的潜力,因为可以结合完全不同的材料特性。”

转载来源:本文转载自荣格金属加工公众号。

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