專訪薛飛：激光送粉增材+五軸減材金屬3D打印復(fù)合工藝，做自主高端裝備

2019年9月19-21日，IAME中國（西安）國際3D打印博覽會暨高峰論壇在西安高新國際會議中心舉辦。2019IAME旨在搭建增材制造（3D打�。┛萍紕�(chuàng)新的開放合作共享交流平臺，匯聚全球頂尖的增材制造（3D打�。╊I(lǐng)域成果及人才，促進(jìn)行業(yè)各環(huán)節(jié)、產(chǎn)業(yè)鏈的銜接融合。南極熊作為戰(zhàn)略合作媒體，到西安現(xiàn)場全程報(bào)道。


南極熊在現(xiàn)場采訪了國家增材制造創(chuàng)新中心薛飛博士。

△國家增材制造創(chuàng)新中心薛飛博士（右）

南極熊：薛博士你好，我是來自南極熊3D打印網(wǎng)記者。首先想請您介紹一下增材和減材復(fù)合這種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，以及國內(nèi)外的應(yīng)用情況？

薛博士：好的，謝謝。增材和減材復(fù)合的目的主要是發(fā)揮各自的優(yōu)勢，增材比較適合復(fù)雜形狀和自由曲面的制造，但是它的精度和表面質(zhì)量眾所周知，受到原理的制約一般達(dá)不到我們的使用要求，而減材是我們已經(jīng)非常成熟的切削加工手段。

我們把增材和減材復(fù)合起來，通過增材實(shí)現(xiàn)零件的近凈成形，通過減材來保證它的表面質(zhì)量和精度，這樣能夠制造出合格的零件，同時(shí)增減材復(fù)合制造還提供了一種新的工藝，就是我們說的邊增邊減，對于這種具有內(nèi)腔、內(nèi)孔、內(nèi)流道這樣的復(fù)雜零件，在它的工藝制定階段，我們可以把它分段制造，逐段的增材，逐段的切削，實(shí)現(xiàn)內(nèi)腔的加工來保證它的質(zhì)量。

技術(shù)應(yīng)用難點(diǎn)和場景

南極熊：據(jù)我們了解這項(xiàng)技術(shù)還是一項(xiàng)比較新的技術(shù)，尤其在國內(nèi)做這方面研究的并不是很多，那么據(jù)您的預(yù)測，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用大概還有一個(gè)什么樣的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，包括它在應(yīng)用當(dāng)中有沒有什么樣的障礙？

薛博士：在增減材復(fù)合制造設(shè)備方面，其實(shí)我們可以看到產(chǎn)業(yè)化的設(shè)備已經(jīng)有一些了，只是功能有一些差別，有些設(shè)備主要側(cè)重于不銹鋼、高溫合金這樣的材料，有些設(shè)備它能兼顧鈦合金這樣易氧化的材料，設(shè)備是相對成熟的，主要現(xiàn)在應(yīng)用的難點(diǎn)是工藝的復(fù)合，也就是說怎么把增材和減材兩個(gè)不同原理的加工給它復(fù)合起來，因?yàn)樵霾谋旧碛袩彷斎�，它會引起變形，那么減材需要有一些冷卻的手段，所以說增減材復(fù)合怎么樣能實(shí)現(xiàn)邊增邊減，那么我們就得考慮兩者之間互相的影響。

所以說，現(xiàn)在增減材復(fù)合它主要的難點(diǎn)是工藝復(fù)合，我們覺得隨著現(xiàn)在在線熱處理，包括在線監(jiān)測、閉環(huán)控制等這一系列控形控性手段的發(fā)展，增減材復(fù)合走向成熟也是指日可待的。

南極熊：這項(xiàng)技術(shù)本身有一定的獨(dú)特性，那么它應(yīng)用領(lǐng)域的話主要適合于哪些場景呢？

薛博士：應(yīng)用領(lǐng)域最典型的包括航空航天、核能、石油這些領(lǐng)域，因?yàn)檫@些領(lǐng)域的零件特點(diǎn)就是形面復(fù)雜，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對表面質(zhì)量和精度要求也比較高，所以我們增減材復(fù)合正好能夠發(fā)揮增材近凈成型，減材保證質(zhì)量、保證加工精度這樣的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的加工。它的目標(biāo)是對于航天航空復(fù)雜零件能夠提高材料利用率，縮短制造周期，進(jìn)一步有可能在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段，推動(dòng)產(chǎn)品的輕量化設(shè)計(jì)和一些復(fù)雜形面的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

國外金屬3D打印增減材復(fù)合工藝發(fā)展情況

南極熊：日本在這項(xiàng)技術(shù)上走得比較靠前，但是日本的高端設(shè)備對中國有一定的進(jìn)口限制，技術(shù)進(jìn)口限制方面您怎么看？

薛博士：限制進(jìn)口，這個(gè)是一個(gè)不能回避的問題，也就是說我們通常說的卡脖子問題。不管日本也好、歐美也好，它技術(shù)成熟，但是不賣給我們，但是這個(gè)對我們航空航天的發(fā)展又是一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，所以說這是我們需要重點(diǎn)的攻克的一個(gè)難題。

那么我還想提到的一點(diǎn)，您剛才說的松浦增減材復(fù)合，其實(shí)它側(cè)重于鋪粉增材和三軸銑削的復(fù)合，它這種復(fù)合式通常是在增材一層或者幾層以后進(jìn)行三軸的切削，它的應(yīng)用主要是在模具里。國際上德瑪吉這樣一些大的企業(yè)，它也有在做這項(xiàng)研究，主要是把送粉或者電弧送絲的增材制造技術(shù)和剪裁復(fù)合起來，那么它的特點(diǎn)能夠突破鋪粉增材對零件的體積大小和成型尺寸大小的限制，而且對于零件的復(fù)雜程度也有更大的自由度，因?yàn)槲覀兛梢园盐遢S機(jī)床和增材成形復(fù)合起來，實(shí)現(xiàn)增減材復(fù)合，那么五軸機(jī)床它可以自由的變換零件的姿態(tài)，能夠保證成型的方向始終在他的法線方向，同時(shí)也能保證它的成型質(zhì)量。所以說我想說的就是，我們現(xiàn)在目前做的送粉式的增材制造技術(shù)和減材復(fù)合與松浦的相比，它是兩種不同的復(fù)合工藝，那么所以說我們現(xiàn)在研究送粉和減材復(fù)合是為了解決這些復(fù)雜型面、內(nèi)孔、內(nèi)腔、內(nèi)流道的問題，那么同時(shí)也是為了解決您剛才說的國外對我們的禁用問題，攻克關(guān)鍵技術(shù)。

送粉金屬3D打印增減材復(fù)合工藝的成型尺寸

南極熊：咱們送粉工藝，我覺得應(yīng)該是它的成型尺寸會更大一些？

薛博士：送粉成型大家都知道它是通過熔敷頭把這個(gè)粉和激光偶合起來實(shí)現(xiàn)成形，那么理論上來講它運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有多大就能成型大多尺寸，當(dāng)然肯定還會受到控形控性等一系列問題的影響，但是理論上來講，就是運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有多大成型尺寸就有多大。

南極熊：咱們今天展會有帶這款設(shè)備嗎?

薛博士：今天我們帶來一些打印的樣品，我們現(xiàn)在研發(fā)的設(shè)備就是在一臺五軸機(jī)床上實(shí)現(xiàn)了增材和減材的復(fù)合，用的是送粉式激光增材成形這樣的工藝。目前我們已經(jīng)在機(jī)匣類零件、葉輪類零件開展了初步的工藝研究，那么已經(jīng)針對一些具體的零件做出了樣品，對它的性能也進(jìn)行了初步的評價(jià)，而且可喜的是也正在和一些用戶積極的溝通，我們期望能把我們這個(gè)技術(shù)能推向?qū)嵱没�，能解決我們的實(shí)際問題。