发布金属3D打印技术开发的最新事例及研究成果

发布金属3D打印技术开发的最新事例及研究成果

第2回 金属3D打印对高精度的加工要求成为必须的时代与海外企业的苦恼

人们常常把我司的附带切削功能的金属3DP(以下称为OPM工艺)与欧美的单纯激光烧结的金属3DP来做比较。
随着人们对金属3D打印机认识的逐步加深,大家也了解到OPM工艺与欧美最大的不同点在于它多了一个切削功能。然而,作为每天实际运用的我们,还想和大家分享一下此工艺的一些特征。
先说结论,使用OPM工艺生产出来的造形物(产品或者模具等)的精度和其他金属3D打印机生产出来的造形物是完全两样的东西。
金属3D打印技术的魅力是可以将传统加工做不出来的复杂形状实现加工可能话。但是除此之外能否达到尺寸精度的要求,能否达到设计时所需求的机械强度性能,这取决于打印的工艺流程。

先请大家参看图1 欧美金属3DP与OPM250/350L的安装底板流程的差异,可以了解欧美的金属3D打印在安装造形底板时与OPM工艺的差异。

图1 欧美金属3DP与OPM250/350L的安装底板流程的差异

欧美金属3D打印工艺为,最少2个面(上/下面)确保平行后就可以装上工作台开始打印。虽然据说有一个用于目测检查位置的激光扫掠功能,但是是无法测量到造形底板的坐标、平行度的准确数值的。
原因是设备里面没有像NC一样的X.Y.Z轴这样的机械坐标系。造形底板在某种意义上来说,仅仅只具有一个“座台”的功能。

与此相比,OPM250/350L除了拥有达到“传统机械强度”的激光及光学系统以外,还配备了与传统加工中心同样的NC控制系统。
就安装底板的流程来说,

  • 造形底板必须要6面精磨(精度有要求)。
  • 安装时,通过主轴用百分表打平行。
  • 通过主轴用触碰感应器来测准位置
  • 造形完成后的物件也用触碰感应器测量精度是否合格。

从底板的安装时开始到激光造形、切削加工精度都是控制在严密的条件下。
相信到此大家都能理解,从最初的前期底板安装开始我们的工艺和他们的差别。
如果我个人举例子的话,欧美金属3D打印机的着眼点是激光及光学系统(M3DP),这也是所谓打印机的顾名思义的内容。机器的骨架也是激光焊接的构造。
而我们的着眼点是考虑的是如何在现有的加工设备上搭载激光及光学系统,我们重点考虑的是精度,我认为我们的机器准确的叫法应该是“金属3D加工机”(M3DM)。在实际的制作业当中,如果没有精度保障产品也是无法被接受的。因此,从制造业的根本本质上来说,在金属3D打印技术中我们对OPM工艺的胜算还是很有信心的。

接下来介绍一下使用OPM工艺,我们可以对应的3种不同的生产方式。
请参看图2 OPM工艺的加工方法的选择

・Type A 在机器内烧结和切削交替进行,所有面切削加工。
・Type B 在机器里烧结,烧结结束后在机器里由上至下一次性加工(※仅限于刀具有效轫长能达到的产品)。
・Type C 仅烧结不对形状进行切削,烧结时切削出后续其他机器进行2次加工时所需要的基准面(切削面)。

这三种方式可以根据客户的目的、交期、成本上的综合考虑来选择出最合适的方案。
如果同样的形状,成本和工期为TypeC < TypeB < TypeA。
在此,我们最大的课题是,将OPM工艺的TypeA(全切削)的成本及工期(时间)控制在传统加工工艺之下。我们已经在围绕这个目标开始加速研发。
在JIMTOF2016的展品中,将会展出这个研究成果,敬请光临参观。

图2 OPM工艺的加工方法的选择

回到我们平时的业务,现在我们从世界各国不停接到模具/产品的造形加工订单。我司将OPM250/350L机器造形出来的产品通过我们公司内部进行2次加工,以满足客户精度要求的状态交付给客户,这一直都是我们重要的业务。
我司2次加工对应不了的案件我们也会找我们的外协进行加工。但是如果没有测量基准及加工开始基准,外协不会给我们加工,理由是加工出错的风险很大。至少也要达到像TypeC那样造形+基准面(切削)的状态他们才接受。

请参看图3 /4基准面对于精度的重要性① ②

图3 基准面对于精度的重要性①

造形底板的6个面虽然精磨加工过,但是激光烧结出来的造形物并不一定绝对在底板的中心。理由是激光在通过反射镜折射后烧结线路会有一偏差,因此通过测量底板的四周也无法找到造形物的中心。因此需要在造形物的侧面切出后加工使用的基准面。

图4 基准面对于精度的重要性②

基准面的加工方法不止一种。
最常见的是以下两种方法
 ・在造形物上切削出基准面(Image.1)
 ・在造形底板上切削出基准面(Image.2)
我们将会根据具体情况来选择最合适的方式。
这里我们要强调的重点是造形物在离开机器前没有基准面是不行的。
相信大家已经能够理解,欧美金属3D打印机由于没有切削功能所以也无法加工出基准面,
后续2次加工时要想做出高精度的产品是非常困难的。

如果是圆棒、立体、圆锥之类的简单形状,多加点加工余量也可以通过2次加工得到成品。但是这样一来随着加工量的增大,实际上和传统加工就没有什么区别了。而且虽然能保证外表尺寸,但是经过精密设计的内部3D水路位置的相对关系也会发生偏差等等让人无奈的问题。

我们平时接触的造形案件都是有高精度要求的,从±2~3/100~1/1000都有。在精度对应上我们通过大量对应也积累了很多经验。在我们看来,像TypeC这样的造形物上如果无法加工出基准面(切削面),那么这些金属3D打印机(一部分超大型公司除外)不是面对的对精度超高要求的制造业,而是工艺品、样品及医疗上使用的人工骨骼、人工牙齿等。这方面我们一直有在宣传希望大家不要做出错误工艺的选择。关于此点,对于那些客户知名度很高,已经深入渗透到制造业的世界主要金属3D打印机市场的厂家来说,应该是让人头疼的地方。但是我的观点一直是希望大家用共存共荣的精神去发展去升华金属3D打印机技术。当然,客户可以根据他自己的需求来进行选择。