高端增材制造：3D打印為切削工具領(lǐng)域帶來(lái)哪些變革？

導(dǎo)讀：南極熊獲悉，根據(jù)SmarTech Analysis的 "2020-2029年一般工業(yè)和工具部門的增材制造的市場(chǎng)機(jī)會(huì)"報(bào)告（報(bào)告鏈接見(jiàn)文末），到2029年，用于工業(yè)制造的3D打印預(yù)計(jì)將產(chǎn)生54.8億美元的總收入。其中，切削工具的增材制造（AM）是一個(gè)正在持續(xù)獲得關(guān)注的應(yīng)用。那么，3D打印又會(huì)為切削工具領(lǐng)域帶來(lái)哪些變革呢？

一：3D打印使大型切削工具更容易管理

制造大型部件（如汽車和航空航天業(yè)的部件）的一個(gè)缺點(diǎn)是，大型部件需要更大的切割工具。然而，由于這些工具也比較重，存在著主軸損壞的風(fēng)險(xiǎn)，或者工具在使用過(guò)程中可能會(huì)掉出機(jī)器。

南極熊獲悉，至少已經(jīng)有一家公司通過(guò)3D打印找到了解決這一問(wèn)題的辦法。Star SU Neher公司利用3D打印技術(shù)，使切割工具比非3D打印的工具重量更輕、性能更好、壽命更長(zhǎng)。

△通過(guò)設(shè)計(jì)晶格結(jié)構(gòu)，工具的重量可以減少30%之多。圖片由Star SU Neher公司提供。

Star SU Neher公司的一位工具設(shè)計(jì)師提到，增加內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)可以使他們的產(chǎn)品重量減少30%，而不會(huì)對(duì)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。另外，該公司定制了他們的大部分切割工具，以滿足個(gè)別部件的需求，而3D打印有助于實(shí)現(xiàn)了這種靈活性。

該公司的3D打印切割工具持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的原因之一是加入了冷卻通道，這種技術(shù)越來(lái)越多地用于3D打印切割工具。通常情況下，這種通道是通過(guò)鉆孔創(chuàng)建的，然而這種方法的效果有限。有了增材制造，通道可以直接設(shè)計(jì)到零件中，提高工具的整體效率。增加的冷卻劑流量可以使金屬去除率提高30%。

△3D打印使得減少大型切削工具頭的重量成為可能，以限制機(jī)床零件的損壞或滑移的變化。圖片來(lái)源：Star SU Neher。

通過(guò)3D打印制造大型切削工具的并不一定比傳統(tǒng)制造方法更快。生產(chǎn)一個(gè)以其尺寸占據(jù)整個(gè)打印床的部件仍然需要長(zhǎng)達(dá)24小時(shí)。然而，考慮到其他優(yōu)勢(shì)，追求3D打印往往會(huì)有良好的商業(yè)意義。

二：3D打印可以促進(jìn)更好的耐磨損性

與某些行業(yè)的客戶合作的切削工具制造商，如石油、天然氣和國(guó)防行業(yè)，往往需要滿足其對(duì)耐磨工具的需求。切削工具制造商Kennametal專門生產(chǎn)由碳化鎢制成的產(chǎn)品。該公司有一個(gè)由WC材料制成的內(nèi)部產(chǎn)品系列。與Star SU的應(yīng)用類似，打印過(guò)程允許在工具內(nèi)形成流體冷卻通道。由于增材制造的設(shè)計(jì)自由度，3D打印可以以其他制造方法無(wú)法完成的方式進(jìn)行彎曲或分叉通道的制造。

△肯納金屬公司能夠3D打印帶有內(nèi)部冷卻通道的鉆頭體。圖片來(lái)源：Kennametal。

雖然肯納金屬公司同時(shí)擁有金屬粘合劑噴射和粉末床熔化（PBF）兩種技術(shù)，但一些直徑為10毫米或更小的切割工具就只能依賴于粉末床熔融（PBF）技術(shù)。制造商們表示，這給他們提供了一種生產(chǎn)工具和滿足客戶需求的經(jīng)濟(jì)方式。減輕重量也是一種可能。在一個(gè)例子中，用于電動(dòng)汽車零部件生產(chǎn)的3D打印鏜孔裝置比用傳統(tǒng)方法制造的要輕15至20磅。

△3D打印使這種用于制造電動(dòng)汽車零件的鏜孔工具的重量減少了15至20磅。圖片由肯納金屬公司提供。

三：3D打印幫助徹底改變了切削工具

采用3D打印制備切割工具還不是一種廣泛的做法，但它是一種值得探索的技術(shù)。就目前而言，3D打印通常比傳統(tǒng)方法更便宜，有時(shí)還更快，這要取決于應(yīng)用對(duì)象。

增材制造不會(huì)很快取代生產(chǎn)大多數(shù)切削工具的常規(guī)方法。許多正在進(jìn)行的努力仍處于早期探索階段，制造商也肯定會(huì)發(fā)現(xiàn)3D打印不適合生產(chǎn)特定切削工具類型的情況。

對(duì)于具有復(fù)雜形狀的工具來(lái)說(shuō)，3D打印技術(shù)不失為一個(gè)特別好的候選方案。然而，當(dāng)工件是具有相當(dāng)規(guī)則幾何形狀的大型部件時(shí)，購(gòu)買現(xiàn)成的這些部件可能比使用3D打印機(jī)來(lái)生產(chǎn)它們更有意義。

另一件要記住的事情是，由于3D打印作為一種工具制造方法是相對(duì)較新的模式，決策者可能想看看它是如何為類似公司帶來(lái)回報(bào)的，然后再?zèng)Q定是否投資。一旦他們看到結(jié)果，他們可能會(huì)更愿意逐步擴(kuò)大這一過(guò)程。

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