3DMP技术满足灵活定位的要求

作者:Christian Mannigel 文章来源:MM《现代制造》 点击数:561 发布时间:2019-08-16
在新的增材制造技术领域中,增材制造加工的零件必须准确的定位在机床加工空间内部。为此,机床设备生产厂家采用了两轴的可倾式回转工作台来满足新增材制造技术的需求。
3DMP技术满足灵活定位的要求

“利用Gefertec公司的技术使我们能够在大批量生产时比粉床熔融成型法节约80%的生产成本。” Rolf Lenk机床设备制造厂增材制造技术领域中的Matthias Otte先生高兴的说道。他介绍了有关3D Metal Print,简称为3DMP的金属3D打印技术。总部位于柏林的Gefertec公司成立于2015年,是迄今为止全球唯一一家提供金属3D打印技术的供应商。增材制造通常都被统称为3D打印,也包括了人们常说的金属零部件3D打印,并将这种技术视为工业4.0意义上的数字化生产的关键技术之一。

图1 Gefertec公司开发的金属3D打印技术是利用电弧熔化焊丝,逐步焊接成型的工艺技术,Peiseler公司设计制造的ZAS 320型双轴可倾式回转工作台保证了零件的精确定位
图1 Gefertec公司开发的金属3D打印技术是利用电弧熔化焊丝,逐步焊接成型的工艺技术,Peiseler公司设计制造的ZAS 320型双轴可倾式回转工作台保证了零件的精确定位

随着3DMP技术的研发成功,Gefertec公司将一种革命性的、有着全新可能性和相当大优势的生产制造工艺技术推到市场。与目前使用的粉床熔融成型法相比较,Gefertec公司的3D打印使用的是人们熟悉的焊接电弧和焊条:熔化的焊接添加材料慢慢的分层添加上去,最终产生了一个金属零件。

在3DMP金属3D打印技术中工件的定位是至关重要的。因此,Gefertec公司所有的3DMP设备的五个运动轴都在Peiseler公司研发生产的两轴可倾式回转工作台上。虽然Gefertec公司也生产三轴的增材制造机床,但三轴机床的焊炬只能沿X轴、Y轴和Z轴方向移动;而增材制造中使用最多的还是五轴加工。Peiseler公司是这一领域中技术领先的旗舰级企业,它所生产的可倾式回转工作台对3D打印设备补充了两个辅助的旋转轴;因此也成为3DMP设备的关键部件之一了。Gefertec公司小型的arc 405型金属3D打印设备使用的是小型的ZATC 300型可倾式回转工作台,大型的arc 605型金属3D打印设备使用的是较大的ZAS 320型可倾式回转工作台。

“对我们来讲,增材制造也是一个全新的领域,其要求与传统的加工技术完全不同。我们以极其负责的态度承接了这一任务,并从用户的创新性技术中看到了巨大的发展潜力。” Peiseler公司的领导人Benedict Korischem博士解释说。事实上:金属零部件的增材制造有着许许多多的应用领域。例如Gefertec公司就为机床设备制造、船舶制造和铁路机车等各行各业的企业提供自己的技术和产品。

节省成本

新的3DMP金属3D打印技术的优点能够给人留下深刻的印象。例如,与传统的铣削加工相比较能够节约60%的生产成本。因为在铣削加工中切除金属的切屑,材料损失是非常大的;而在利用焊条的3D打印焊接中材料的利用率是相当高的。虽然金属3D打印的零件最终还要铣削加工,但铣削时的加工余量和切屑量明显的减少了,同时也明显的减少了刀具磨损。最后,这种增材制造方法还可以大幅度的降低仓储和物流成本。“我们的设备比铣削加工的速度要快,一般情况下一天的时间就能够完成金属3D打印任务;因此能够实现及时交货。” Gefertec公司的销售工程师Marcus Ortloff先生强调说道。在特别难以加工的不锈钢和钛合金零件加工中,仅这一点就有着非常明显的成本优势。

与其他增材制造技术相比较,3DMP金属3D打印技术也有着明显的优势。例如,粉床熔融成型法就是加工精细零件最合适的增材制造技术方法,而3DMP金属3D打印则非常适合于加工大型的零件。但它们之间有着一些可以直接比较的交集。“3DMP金属3D打印技术的速度要高出十倍,而且材料利用率也明显提高了。”Ortloff先生解释说道。因为在粉质材料的增材制造过程中的粉末都是一层层喷涂的,这就导致了60%的材料没有直接用于零件制造,而在3DMP增材制造过程中几乎没有材料的损失,尤其是在贵金属材料的增材制造中。

成为工业标准应用技术

采用增材制造技术的技术服务商也对Gefertec公司的技术很感兴趣。“我们为技术服务市场提供了一种扩大产品组合、更加灵活地响应用户要求的机会。”Ortloff先生强调说。事实上,没有一家技术服务商能够避免为用户提供增材制造技术服务,因为Gefertec公司的3DMP金属3D打印技术已经成为一个行业经常采用的标准技术了。

年轻的柏林公司声称:随着3DMP金属3D打印技术的开发该公司已经形成了强大的技术领先优势。其中的技术诀窍一方面是掌握了丝材电弧增材制造技术,另一方面是易于使用的CAM软件的开发,最后是Gefertec公司设计制造的机床。在这三大基础之上的3DMP工艺流程链开始于客户交给Gefertec设备的CAD模型。在用户CAD模型的基础上Gefertec金属3D打印设备就能够打印出接近最终成品的零件“毛坯”。与3DMP设备配套的3D扫描仪用于编写3D打印的加工程序,按照这一加工程序电弧焊焊炬和金属丝就开始了一层层的增材制造了。

灵活的零件定位

在3DMP金属3D打印中,零件打印是否成功的基础是零件在打印设备中的定位。因此,选择一个合适的技术合作伙伴就是功败垂成的关键。Gefertec公司选择的技术合作伙伴是Peiseler公司。两家企业之间的合作有着许多原因。“跟它们合作我们才得到了所有有着高质量要求的零部件。”Gefertec公司的产品开发和项目工程师Martin Lange先生说。同样重要的还有,Peiseler公司提供了独特的以用户为主导的服务,为双方的友好合作做出了贡献。很高的合作灵活性,完全满足Gefertec公司的需求也是非常重要的原因。“我们提出了一些特殊的要求,Peiseler公司把这一项项特殊要求都落到了实处。”Lange先生补充说道。

图2 在Peiseler公司设计制造的ZATC 300型双轴可倾式回转工作台上只需几秒钟就能完成叶轮的增材制造
图2 在Peiseler公司设计制造的ZATC 300型双轴可倾式回转工作台上只需几秒钟就能完成叶轮的增材制造

Peiseler公司完美的满足了Gefertec公司的技术要求,并为Gefertec公司的产品开发和设计做出了重大的贡献。得到的结果是:针对Gefertec公司需求的个性化解决方案。Peiseler公司负责产品销售的Marc Gronau先生证实道:“我们为Gefertec公司arc 605型3D打印设备二次设计的ZAS 320可倾式回转工作台是独一无二的。”虽然它的设计采用了ZAS系列产品中的一些成熟技术,例如蜗轮蜗杆减速器、轴承和夹具等,但对于我们的客户来讲这一切都是全新的。

例如,在可倾式回转工作台转盘的上、下板中都设计了冷却用通道;而这在Gefertec公司的焊接过程中恰恰是必不可少的。旋转分水器,其他像液压油和气动介质等等也都是Peiseler公司负责的工作,在这种情况下可以说是为Gefertec公司联合开发新产品了。另外,Peiseler公司的工程师们还有意识的加大了固定盘与支撑底座之间的间距,使用了超大尺寸的装夹卡盘,而这些都是加工大型零件所必须的。另一个特点就是有着特殊密封的工作台:它可以防止在‘干式’3D打印时焊接的焊渣进入工作台内部。

图3 利用3DMP增材制造技术生产的螺旋桨
图3 利用3DMP增材制造技术生产的螺旋桨

未来市场前景好

Gronau先生说:在Peiseler公司ATC产品系列基础上设计制造的ZATC 300型双轴可倾式回转工作台也能精确的保证零件在arc 405型金属3D打印设备中的定位,满足了Gefertec公司要求。这一可倾式回转工作台的特点是:用一个更大的回转盘替代了标准的回转盘,加大了回转盘与固定盘在垂直旋转轴方向之间的间距。另外,集成了冷却通道也是非常重要的设计特色。

“Peiseler公司极为负责任的承诺、很高的技术能力以及强大的技术服务和非常好的技术咨询再次证明了一点:与知名的供应商企业合作是多么重要的事情。”Gefertec公司的销售工程师Ortloff补充说。也正是因为这一原因,Gefertec公司在金属3D打印设备的控制技术方面与西门子公司进行了合作,在焊接技术方面与Fronius公司进行了合作。

另外,在一定程度上也与企业形象的转移有关。“因为有了跟Peiseler合作,也使我们的设备有了一个很好的卖点。”Ortfloff先生说道。毕竟Peiseler公司在机械制造领域中是享有盛誉的企业。Gefertec公司也坚持不懈的对外宣传这种合作,不仅仅只是在产品宣传资料中,而且也利用一切展览会、销售宣传和产品展示的机会向外界传递这种信息。而这种宣传也在用户那里起到了积极的影响。

图4一名职工在操作Gefertec公司研发生产的arc 405型3DMP加工机床。机床中配用的是Peiseler公司设计制造的ZATC 300型双轴可倾式回转工作台。机床的控制系统是西门子公司提供的
图4一名职工在操作Gefertec公司研发生产的arc 405型3DMP加工机床。机床中配用的是Peiseler公司设计制造的ZATC 300型双轴可倾式回转工作台。机床的控制系统是西门子公司提供的

总而言之,Ortloff先生看到了3DMP金属3D打印技术有着美好的市场前景。从长远发展来看,凡是有铣刀的地方,有切屑的地方,都能是Gefertec机床设备出现的地方;另一方面,3DMP设备也可以完成一些常规生产加工任务。这也意味着给Peiseler公司带来了巨大的市场潜力;因为Peiseler公司的技术已经深深的扎根到每一台3DMP设备中了。“Peiseler公司仍然是我们最受欢迎的企业,我们将继续保持相互信任的友好合作伙伴关系。”