自动化的金属3D打印后处理

Original 2017-09-01 3D科学谷 3D科学谷

一般来说，金属3D打印过程不能达到关键公差要求，必须通过传统的CNC工艺来达到一致性。制造商需要考虑如何使3D打印与数控加工的配合更高效。而随着3D打印工艺与生产的结合日益密切，还需要考虑如何将3D打印工艺通过自动化的方式与热处理、线切割、粉末清除、机加工等工艺结合在一起。在这方面有些公司已经在跃跃欲试，本期3D科学谷将与谷友一起来盘点这些关于后处理的自动化加工生产线。

PBF金属3D打印+线切割+机加工

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视频中涉及到三款设备：3D Systems 的ProX 300直接金属3D打印机, Robodrill小型CNC加工中心,以及Robocut慢走丝电火花线切割机。

3D Systems 的ProX 300金属3D打印设备能够制造致密的金属和陶瓷部件，并且能够提供与 EN ISO 2768（精细）加工公差和可重复性兼容的准确度，每个维度上的误差不超过 20 微米。材料包括不锈钢、工具钢、有色金属合金、贵金属和氧化铝。优异的输出质量、高准确度和抛光度、高可靠性和可重复性，以及多于 15 种的可选材料。

Robodrill是BT30小型加工中心的销量冠军，单在中国就有突破35000台服务于机械、汽车零部件、IT精密零件、精密模具、模型等各个行业，加工领域也根据客户的要求不断扩大。其与智能机器人融合的机床上下料系统，集高效生产、稳定运行、节约空间等优势于一体。

FANUC的Robocut慢走丝线切割机以高速度、高精度、高可靠性、低成本维护及智能化享誉业内，被广泛应用于模具，医疗和超硬材料制造行业，在日本、欧美、东南亚具有较高的市场占有率。

DED金属3D打印+热处理+机加工

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视频中的涡轮发动机燃烧器是通过像Fastems这样的柔性制造系统将一个工件先是通过“加法制造”出来，然后由机械手送去热处理，最后再通过机械手将工件送去机床进行精加工制造出来的。

大隈认为最大化增材制造与减材制造潜能的方法不是将两种技术集成到同一台设备中，因为加工环境和加工速度不一样，对于集成到同一台设备来说，一种技术在加工的时候，另外一种技术处于“等待”状态，这对设备的产能是浪费的。而将两种技术独立开来，中间由自动化机器手或者是多托盘系统来实现协调作业，可以将工作效率最大化。

视频显示了一个自动化单元模块。这个特殊的自动化单元含有三台RPM的激光沉积机（近净型激光成型技术）与一台大隈的MU-6300V五轴立式加工中心，这是一条Fastems的柔性制造系统。3D科学谷认为只所以是一台CNC五轴立式加工中心对应三台增材制造设备，是因为相比与CNC加工技术来说，增材制造的速度是慢的，而在本视频中，大约是3:1的配比最合适。

除了加工速度，将增材加工与减材加工分开的另外一个原因是两者对加工环境的要求不一样。RPM的激光沉积系统的设计是为了保持氧含量低于百万分之10（PPM）以防止金属粉末的氧化，工作区露点低于50°C。

在增材制造完成后，将零件送去热处理将有效提升零件的性能，热处理无论是外包还是在自动化过程中内部进行都可以，结合热处理工序都不会破坏工艺流程，从一台机器到另一台机器的自动生产线显示了充分的柔性化，而后期的其他工序包括清洗、标识、检验等，都很容易融合进来。

本案例中为什么要将增材制造和减材制造结合一起，一个明显的好处是节约材料、缩短加工时间以及节约成本。原来如果仅仅通过CNC一种加工工艺，则需要将2000磅的锻件工件加工到200磅的零件，这意味着1800磅的金属去除量。而通过激光沉积的增材制造方法，只需要400磅的锻造工件，这意味着只有200磅的切削去除量，那么同样多的材料通过增材与减材的组合就可以生产九个零件，而不是一个零件。

数字线程贯穿整个产品生命周期

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GE的精彩工厂的设备和电脑相互“沟通交流”，共享信息，并且为保证质量和预防设备故障采取措施。工厂的生产线通过数字化的方式与供应商、服务商、物流系统相连接用来优化生产。通过传感器来精确控制零件的生产情况、监测设备的健康情况以及实现制造完成后飞机空中运行的情况监测。

通用电气的精彩工厂结合了先进的分析技术、3D打印技术，以及与人们并肩工作的协同机器人技术。这些设施代表了GE对先进制造业的投资决心，GE的员工在不断调整和更新他们的技能，为明天工作。

精彩工厂背后的理念是将设计、工程、制造、供应链、分销和服务连接成一个智能系统。系统收集和分析所有的数据，使工厂更加智能化，结合传感器的支持，提高数字设计，工厂供应链优化等方面的能力，提高质量、吞吐量和产量。

通过为机器配备传感器并实时分析数据，GE可以确定机器何时出现故障。生产线上的传感器将数据提供给GE基于云的Predix平台。这有助于将车间计划外停机时间降低20％，并提高整体产品的可靠性，降低生产成本。除了先进的工艺和工具之外，还有一个数字线程贯穿工厂，横跨公司，垂直于整个价值链，在整个制造生命周期中提供了产品的综合价值流视图。

不仅仅是上述的案例，在国际上众多的3D打印服务商的工厂，也通过自动化贯穿着生产过程。3D科学谷认为伴随数字化而生的3D打印技术走进生产领域，自动化已不是一种选项，而是发展的必然趋势。为此，你做好准备了吗？

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