日本金屬三維打印技術(shù)正在中國推廣（三維打印技術(shù)）

本文結(jié)合日本沙迪克OPM金屬3DD打印+高速切削一體成型技術(shù)及國內(nèi)五軸增減混合加工技術(shù)做說明；

沙迪克金屬3D打印技術(shù)研討會（三維打印技術(shù)）

2017年1月12日下午由OPM 研究所（日本）/立模激光科技（上海）有限公司主辦，創(chuàng)想智造3D打印網(wǎng)/臺灣區(qū)計算機輔助成型技術(shù)交流協(xié)會(ACMT)/SIMM深圳機械展協(xié)辦的《日本最新精密金屬3D打印機最新技術(shù)研討會2017》主題會議在深圳寶麗來國際酒店拉開帷幕。創(chuàng)想智造3D打印網(wǎng)就該技術(shù)的應(yīng)用及特點專訪了OPM 研究所森本一穗社長。

OPM研究所于2004年創(chuàng)立，是日本第一家專業(yè)研發(fā)金屬3D打印工藝及開展3D打印造形服務(wù)的公司。目前在日本的京都、加賀以及日本東北三個據(jù)點共計32名員工在從事金屬3D打印的研發(fā)。

OPM在2014年加入沙迪克（sodick）集團后，開發(fā)出了OPM250L這款附帶切削功能的金屬3D打印機。它最大的特點是可以實現(xiàn)增材制造與減材制造同時進行。也就是說它可以將粗糙的激光燒結(jié)表面進行精密的切削加工，以達到設(shè)計的尺寸精度和良好的表面光結(jié)度。

OPM250L設(shè)備主要定位于高精度要求的復(fù)雜零件加工和模具造型加工，利用金屬3D打印技術(shù)，可以一次性快速做出內(nèi)部復(fù)雜的產(chǎn)品及模具。最重要的是，利用3D打印工藝能夠在模具內(nèi)部做出3D隨形水路，從而極大提升模具的冷卻效率，縮短注塑周期，OPM認為這也是對注塑行業(yè)的最大貢獻。

“目前金屬3D打印技術(shù)在日本已經(jīng)被深入運用于量產(chǎn)中。比如包括豐田在內(nèi)的大型汽車集團，以及像大型辦公用品HP等，他們通過利用3D水路技術(shù)，來縮短冷卻時間以及提高產(chǎn)品的成形品質(zhì)的方法已成為常態(tài)。現(xiàn)在3D隨形水路技術(shù)已經(jīng)在全球各地被大家廣為接受和認可。在中國，我們也可以很明確的看到現(xiàn)在也在大范圍的普及推動”。OPM研究所森本社長在接受創(chuàng)想智造視頻專訪時說。

2012年OPM在上海成立了3D打印服務(wù)公司“立模激光科技有限公司”，它是OPM在中國市場的一個非常重要的生產(chǎn)基地，成立至今年OPM在上海的生產(chǎn)基地投放了2臺OPM250L金屬3D打印機，提供從模具到產(chǎn)品的3D打印服務(wù)。以日本的應(yīng)用技術(shù)為核心，為中國客戶提供高品質(zhì)的3D打印服務(wù)。

當(dāng)創(chuàng)想智造問到OPM如果看待中國3D打印市場的現(xiàn)狀和未來發(fā)展時。森本社長表示：“中國市場的發(fā)展比日本更加迅猛。我們也將會在中國市場開展比在日本更多的宣傳和推廣。在中國，現(xiàn)在以大型企業(yè)為首已經(jīng)認可3D水路技術(shù)在縮短生產(chǎn)周期、生產(chǎn)成本的作用并在模具制造、注塑生產(chǎn)中積極運用。因此，今后我們會更重視中國市場，除了提供金屬3D打印服務(wù)以外，也會傾力提供包括設(shè)備在內(nèi)的各種服務(wù)”。

利用3D打印工藝能夠在模具內(nèi)部做出3D隨形水路，從而極大提升模具的冷卻效率，縮短注塑周期，目前，金屬3D打印技術(shù)在歐美和日本已經(jīng)被深入運用于注塑模具量產(chǎn)中。比如包括豐田在內(nèi)的大型汽車集團，以及像辦公用品的HP等，他們通過利用3D水路技術(shù)，來縮短冷卻時間以及提高產(chǎn)品的成形品質(zhì)的方法已成為常態(tài)。

金屬3D打印的成本核算（三維打印技術(shù)）

金屬3D打印在模具上的應(yīng)用優(yōu)勢，可以表達為：縮短周期、穩(wěn)定品質(zhì)、減少應(yīng)力開裂變形。從而整體提升模具品質(zhì)、節(jié)省注塑成型成本、提升企業(yè)競爭力。

東江作為塑膠模具行業(yè)的標桿企業(yè)，當(dāng)然對模具3D打印水路有很深的研究。比如這個實際案例。模腔數(shù)為2個，材料為PC，客戶要求成型周期為25s，由于PC材料的成型溫度比較高，所以冷卻水路必須足夠充分和均勻。

東江模具分別對此產(chǎn)品進行了傳統(tǒng)水路和3D打印的隨形水路的設(shè)計，通過模流分析軟件可以看到兩者的差別。相同時間內(nèi)，傳統(tǒng)水路的最高溫度在103°C，3D打印的隨形水路最高溫度為94°C。

在產(chǎn)品達到可頂出溫度時，傳統(tǒng)水路生產(chǎn)周期21.7秒，3D隨形水路生產(chǎn)周期17秒，周期提升4.7秒，提升21.7%。

成本核算（月）

1、人工成本

(3D水路月產(chǎn)量-傳統(tǒng)水路月產(chǎn)量)/傳統(tǒng)水路小時產(chǎn)量*人工成本：

(242258-189788)/(3600/21.7*2)*11.67=1845元

2、機臺成本

(3D水路月產(chǎn)量-傳統(tǒng)水路月產(chǎn)量)/傳統(tǒng)水路小時產(chǎn)量*機時成本：

(242258-189788)/(3600/21.7*2)*100=15814元

3、產(chǎn)品價值

(3D水路月產(chǎn)量-傳統(tǒng)水路月產(chǎn)量)*產(chǎn)品單價：

(242258-189788)*1.756=92137元

4、節(jié)約總成本

機臺成本+產(chǎn)品價值+人工成本:

15814+92137+1845=11萬

月度經(jīng)濟效益：

模具為一出二，需要打印2件型芯，模具增加1.6萬元3D打印成本。但是，通過注塑周期的縮短所節(jié)省的成本11萬來計算，實際產(chǎn)生的經(jīng)濟效益比傳統(tǒng)水路多了9.4萬元。

月度經(jīng)濟效益

綜上所述，東江模具采用3D打印的模具隨形水路在傳統(tǒng)水路基礎(chǔ)上，注塑周期提升了21.7%，注塑成本節(jié)省了11萬，月度經(jīng)濟效益增加了9.4萬元。

國產(chǎn)最新五軸增減混合加工設(shè)備面世（三維打印技術(shù)）

3D打印增材制造無疑是非常高效快速的一種成型制造方式，但其產(chǎn)品幾何尺寸精度和表面光潔度都不太理想，而傳統(tǒng)數(shù)控機床具有高精準度和易于切削加工等優(yōu)點，因此，將傳統(tǒng)機床與增材制造相結(jié)合的混合加工技術(shù)可以兼得兩者的優(yōu)點，具有廣闊的應(yīng)用前景。

這樣的混合加工設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)不少，其中五軸聯(lián)動增減混合加工處于技術(shù)前沿。增減材料復(fù)合五軸數(shù)控機床，是將激光技術(shù)與五軸高端機床相結(jié)合，首先通過激光發(fā)生器，按照設(shè)定的程序打印出客戶所需要的零部件機構(gòu)，然后自動切換到加工中心刀具頭進行進一步的精細加工。

例如知名德國機床廠商德瑪吉公司就將銑削加工技術(shù)與激光金屬沉積加工工藝結(jié)合在一起，推出了一款3D金屬打印復(fù)合5軸加工機床。日前上市公司大連三壘（股票代碼：002621）旗下的大連海博瑞思科技有限公司推出了一款五軸聯(lián)動增減混合機床，將激光近凈成形技術(shù)和銑削加工技術(shù)合二為一，技術(shù)創(chuàng)新居國內(nèi)領(lǐng)先。

什么是近凈成型技術(shù)？（三維打印技術(shù)）

據(jù)介紹，激光近凈成形技術(shù)，也叫激光熔化沉積，于上世紀90年代由美國Sandia國家實驗室首次提出，美國Michigan大學(xué)稱為直接金屬沉積DMD，英國伯明翰大學(xué)叫做直接激光成形DLF，中國西北工業(yè)大學(xué)黃衛(wèi)東教授稱其為激光快速成形LRF等。后來美國材料與試驗協(xié)會標準中將該技術(shù)統(tǒng)一規(guī)范為金屬直接沉積制造技術(shù)的一部分，即使用激光作為熱源，將金屬粉通過噴嘴聚集到激光束的焦點，將粉末熔化沉積，并通過機構(gòu)的相對移動，層層累積獲得預(yù)期的實體。

相對于其他金屬增材制造技術(shù)，近凈成型技術(shù)的優(yōu)勢在于沉積效率高，裝備成本低，適合大型復(fù)雜零件的接近最終形狀的直接制造，可以得到冶金結(jié)合的致密金屬實體。但其制作零件的尺寸精度和表面光潔度都不太好，一般作為毛坯，需進一步進行機械加工后使用。

增減混合五軸加工為何強大？（三維打印技術(shù)）

將近凈成型技術(shù)和傳統(tǒng)五軸加工技術(shù)融合于一體的混合五軸增材制造技術(shù)很好的發(fā)揚的各自的優(yōu)點，彌補了對方的缺點。

增減混合五軸加工中心裝備的意義在于首先實現(xiàn)了近凈成形增材制造從三軸向五軸的飛躍。一般意義上的3D打印，是指三軸或者兩軸半方式，使用平面內(nèi)對三維實體進行沉積打印，造成了復(fù)雜零件的表面光潔度差。如果使用空間變換姿態(tài)讓打印頭始終沿著曲面的切向擺動，則打印出的零件表面質(zhì)量會大大提高。

五軸的空間變姿態(tài)意味著任何已有的實體都可作為支撐，也就無需打印輔助的支撐結(jié)構(gòu)，節(jié)省了時間，材料和后處理過程。

增減混合五軸加工中心裝備的意義其次在于增減混合制造的創(chuàng)新優(yōu)勢。增減混合，可以在堆積過程中交替打印堆積和切削冷加工，從而實現(xiàn)復(fù)雜內(nèi)流道以及干涉曲面等原來無法實現(xiàn)的加工，使結(jié)構(gòu)設(shè)計不再受限于工藝，設(shè)計者的主要精力著眼于改善零件使用性能。所以增減混合工藝是一個新的工藝，有可能改變制造的方式。

目前大連海博瑞思科技已經(jīng)完成了實驗裝置的裝配、調(diào)試，并且在較短的時間內(nèi)完成了螺旋曲面、球面、空心不規(guī)則曲面等多種零部件的打印測試工作，研發(fā)進展順利。

一步到位的加工中心（三維打印技術(shù)）

此外，這款五軸聯(lián)動增減混合機床還可以實現(xiàn)表面涂層改性、修復(fù)再制造和功能梯度材料等功能。

表面涂層改性：可通過在基層表面形成與其冶金結(jié)合的添料熔覆層，以達到改善其表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等性質(zhì)的目的。

修復(fù)再制造：通過增減混合的方式，在不破壞零件本體性能的前提下，恢復(fù)損傷零件的幾何性能和力學(xué)性能，使零件再次達到使用要求。具有節(jié)約成本、節(jié)能環(huán)保等顯著優(yōu)勢。主要應(yīng)用于航空、航天等領(lǐng)域。

功能梯度材料：可以通過激光熔覆的方法制備功能梯度材料，真正實現(xiàn)成分的梯度分布。如國外某公司制造的汽車座椅安全帶模具,該模具是在銅基上熔覆工具鋼。銅合金的熱傳導(dǎo)率幾乎是工具鋼的6倍，從而達到節(jié)約成本的目的。

總結(jié)以上幾點可以發(fā)現(xiàn)，有了這樣一臺機器，簡直什么都能干了，難怪業(yè)界稱其為創(chuàng)新的利器，萬能的實驗平臺，一步到位完成零件的真正加工中心。

大連海博瑞思科技母公司大連三壘是一家以塑料管道成套制造裝備的研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)和銷售為主要業(yè)務(wù)的公司。其主要產(chǎn)品為PE/PP雙壁波紋管自動化生產(chǎn)線、PVC雙壁波紋管自動化生產(chǎn)線、數(shù)控單機及精密模具等。相關(guān)資料顯示，三年前，公司就決定將投入資金在高端機床的基礎(chǔ)上延伸發(fā)展，結(jié)合3D打印技術(shù)，機器人技術(shù)，研發(fā)具備國際領(lǐng)先技術(shù)的增減復(fù)合五軸數(shù)控機床。

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