盤點全球十大3D打印與機械加工混合制造技術品牌
隨著近年來航空航天、汽車和模具工業的技術進步，零件的結構和形狀越來越復雜，材料越來越難加工，因此傳統的金屬切削加工方法受到嚴峻的挑戰。增材制造/3D打印可構建復雜形狀的產品，最有效地發揮材料特性，為產品設計優化帶來了空間，因此日益受到制造企業的重視。
在這一趨勢下，越來越多的機床制造商進入到金屬增材制造領域，在他們之中，有的企業推出基于數控加工中心的增材、減材混合制造設備，有的直接進入全新的3D打印領域，推出金屬3D打印設備，有的企業則選擇與3D打印企業合作，共同推出金屬3D打印設備，并將設備與現有的制造設備進行無縫銜接。
根據3D科學谷的市場觀察，自2013年以來，推出混合制造設備的機床制造商數量已超過10個。本期，3D科學谷將混合制造設備品牌以及他們在金屬3D打印技術方面的進展進行了盤點。
常見的集成了金屬3D打印技術的混合制造設備可以歸為三類：基于定向能量沉積工藝的金屬3D打印和銑削混合加工；基于粉末床工藝的選區激光熔化3D打印和銑削混合加工；超聲3D打印和銑削混合加工。
定向能量沉積3D打印與銑削
德馬吉森精機/DMG MORI
DMG MORI 是世界領先的機床制造商。DMG MORI的Sauer工廠在幾年前開發了混合型增材制造設備LASERTEC 65 3D，該設備在5軸數控加工中心上組合了激光沉積焊接（3D打�。┕δ�，在2017年DMGMORI 又通過對Realizer的收購進入到了粉末床選區激光熔化3D打印領域。
圖：DMG MORI LASERTEC 65 3D Hybrid 制造的零件
DMG MORI 在以上兩種金屬3D打印技術解決方案的基礎上，推出了四條不同的增材、減材整合制造工藝鏈，工藝鏈包括金屬3D打印設備和機械加工設備，還包括相應的管理系統。DMG MORI 的兩種基于激光沉積焊接3D打印技術的加工設備，配有Siemens NX additive/ hybrid(西門子NX 增材/混合)系統，材料數據庫的技術參數，過程監控和文檔。
圖：DMG MORI 四條增材、減材整合制造工藝鏈
在DMG MORI 的四條增材、減材整合制造工藝鏈中，其中一條工藝鏈所包括的3D打印設備就是兩種混合型增材制造設備-LASERTEC 65 3D hybrid 和LASERTEC 4300 3D hybrid。 LASERTEC 65 3Dhybrid 集成了激光沉積焊增材制造工藝與5軸加工工藝，LASERTEC4300 3D hybrid 則集成了激光沉積焊增材制造工藝與DMG MORI 的車銑復合加工工藝，可進行六面車銑加工。設備帶有過程監控和自適應過程控制（閉環），DMG MORI 的CELOS軟件還可以連續測量和監控激光堆積過程，并實時自動調節激光功率，以實現均勻的零件質量。
馬扎克/Mazak
機床制造商馬扎克在2014年推出國一款混合制造設備-INTEGREX i-400 AM。Integrex i-400am是金屬3D打印技術和車銑復合加工的混合設備，特別針對于小批量生產的難加工材料，如航空航天零部件耐熱合金的加工，能源領域工具和零部件的高硬度材料的加工，醫療設備制造中的高精度特種合金的加工。
圖：Mazak INTEGREX i-400 AM
INTEGREX i-400中的金屬3D打印技術屬于定向能量沉積工藝，采用光纖激光熱熔化金屬粉末，金屬3D打印噴嘴逐層施加熔融材料，每個熔融材料隨著所需形狀的增長而固化，該工藝可用于修復磨損部件，如航空渦輪葉片。
哈默/Hermle
德國哈默的混合制造設備MPA40 是立式銑床主軸旁邊安裝了一個噴射粉末的噴嘴，而在第四、第五軸轉臺上安裝了加熱器。在運行過程中，機器根據CAD文件的信息用高熱蒸汽推動懸浮在氮氣中的金屬粉末，并通過一個名叫de Laval的噴嘴以聲速的三倍速度噴射到構建對象上，可達到10京帕的壓力和高達1000攝氏度的高溫。
圖：Hermle的MPA工藝
如此巨大的沖擊力和由此產生的高溫高壓，導致單個金屬顆粒劇烈變形，并被粘合接觸面上。這種“微鍛造”可實現多達六種不同的金屬進行層積。該MPA技術能夠處理的材料，包括熱作模具鋼、不銹鋼、純銅、銅、鈦和鋁等材料。MPA 40可處理的零部件最大尺寸可達550毫米/高和460毫米/直徑，重量可達600公斤。
Optomec
Optomec是定向能量沉積3D打印技術設備制造商之一，擁有自有的LENS（激光近凈成型）技術。 Optomec在最近開始提供增材、減材混合制造設備，售價低于25萬美元。Optomec推出的其中一款新混合制造設備為Optomec LENS 860混合CA系統，該設備集成了LENS 3D打印技術和銑削。
圖：Optomec LENS 混合系統
這款混合制造設備具有860 x 600 x 610mm的工作范圍，它配備了一個密封的構建室，用于制造鈦等活性金屬。該系統可配置閉環控制和高功率3kW光纖激光器，適合構建、修復或涂覆中型到大型金屬部件。
Hybrid Manufacturing Technologies
美國混合制造技術公司有一種混合增材制造系統-AMBIT，該體統能夠實現從金屬3D打印、切削、檢測之間自動切換，切換過程與機床更換刀具類似，從而實現增材制造技術和精密加工技術的無縫集成。
圖：AMBIT 系統中的激光3D打印頭
最新推出的AMBIT Series7 系統能夠實現七種制造技術的集成。與不同制造工藝的集成，為金屬零件生產帶來了新機會。AMBIT 系統中的金屬3D打印技術為基于定向能量沉積工藝的3D打印堆焊頭。新系統中集成的渦流檢測頭用于金屬沉積質量的原位檢測，檢測頭針對檢測表面和表面下裂縫進行了優化，并使用頻率達5MHz的一系列探頭檢測多層深度空隙。
西門子
雖然西門子不是混合制造設備的生產商，但西門子的軟件在增材、減材混合制造中發揮了重要作用。大多數混合制造系統利用定向能量沉積工藝，軟件對于實現和優化零件幾何形狀變得至關重要。
圖：用于定向能量沉積3D打印的Siemens NX 系統
西門子的混合制造系統Siemens NX Complete Hybrid CAD /CAM ，是用于整個工藝鏈（設計，添加工藝，減法加工，精加工）的單一軟件包，該系統用于計算增材制造的激光路徑和減材加工的切削刀具路徑。該系統通過工件、夾具和整個設備的數字雙胞胎準備完整的制造過程。
Siemens NX Complete Hybrid CAD / CAM系統在完全集成的“designthrough-CNC”編程解決方案中提供混合增材制造的功能，包括用于集成激光粉末包覆和銑削的后處理和加工模擬。
選區激光熔化3D打印與銑削
松浦/Matsuura
日本松浦是自動化多托盤，多軸和多任務數控機床及其相關制造工藝解決方案領域的市場領導者，也是第一家提供選區激光熔化3D打印和銑削加工混合制造設備的機床制造商。
圖：Matsuura LUMEX 60 系統
松浦推出的第一臺混合制造設備為LUMEX Avance-25，該設備集成了選區激光熔化3D打印技術和高速銑削主軸。該設備在加工時，先進行3D打印，然后借助高速銑削精加工整個零件或其部分表面以獲得高精度和高表面質量。其原理是每打印10層（約0.5mm~2mm）形成一金屬薄片后，用高速銑削（主軸45000r/min）對其輪廓精加工一次，再打印10層，再精銑輪廓，不斷重復，最終疊加成為高精度、結構復雜的零件。[1]
LUMEX Avance-60是該系列中的第二臺混合制造設備，與LUMEX Avance-25采用相同技術，同時具有更大的加工空間和工作范圍。
沙迪克/Sodick
日本Sodick在2017年推出混合制造設備OPM250L和OPM 350L，與松浦混合制造設備采用類似的技術，采用了選區激光熔化3D打印技術和銑削技術。
圖：Sodick混合制造設備中的金屬3D打印粉末床
Sodick的混合制造設備在應用方面專注于制造帶有隨形冷卻通道的一體式注塑模具，從根本上改變塑料產品模具的創建方式。通過在同一臺機器內進行選擇性激光熔化和高速銑削，OPM系列產品可以加工復雜的一體式金屬模具，這是傳統方式無法實現的。
Sodick混合制造設備采用500W的光纖激光器實現金屬3D打印，用于熔化和固化金屬粉末。OPM系列采用45000 min-1主軸，采用Sodick的非接觸式剛性直線電機驅動，實現高速和高精度加工。設備還配置了自動換刀裝置（ATC）和自動刀具長度測量裝置，能夠實現長時間連續自動操作。
超聲波焊接技術與銑削
Fabrisonic
Fabrisonic的超聲波焊接技術（UAM）是一種獨特的金屬增材制造技術。UAM技術中使用超聲波去熔融用普通金屬薄片拉出的金屬層，從而完成金屬部件的增材制造（3D打印）。該方法能夠實現真正冶金學意義上的粘合，并可以使用各種金屬材料如鋁、銅、不銹鋼和鈦等。Fabrisonic的方法可以同時“打印”多金屬材料，該工藝能夠使用成卷的鋁或銅質金屬箔片制造出帶有高度復雜內部通道的金屬部件。
圖：Fabrisonic 為NASA JPL制造的零件
UAM的制造過程包括通過使用頻率高達2萬赫茲超聲波施加在金屬片上，用超聲波的振蕩能量使兩個需焊接的表面摩擦，構成分子層間的熔合，然后以同樣的原理逐層連續焊接金屬片。之后，通過機械加工來實現精細的3D形狀，從而形成堅實的金屬物體。
混合制造工具集成商3D-Hybrid
在這個眾多提供混合制造技術的公司中，3D-Hybrid是唯一的混合制造工具集成商，幾乎可以為任何CNC機床提供多種金屬沉積技術。3D Hybrid的目標是將先進的金屬增材制造（3D打印）技術應用于突破性的應用。該公司現在為CNC機床提供三種基于定向能量沉積的金屬3D打印技術，這三種技術雖然同為定向能量沉積工藝，但分別采用電氣、激光和動力學作為能量源。
圖：3D Hybrid 冷噴工具 ，可集成在CNC 機床中
目前最常用的定向能量沉積3D打印技術是基于激光的，3D Hybrid 可以針對特定應用提供定制化的激光定向能量沉積3D打印技術，這種激光3D打印處理頭可以集成在CNC機床、機器人或者是其他運動系統中。另一種快速發展的金屬沉積3D打印技術是ARC焊接，ARC技術可以增材制造最廣泛的合金材料。 3D Hybrid正在申請專利一種ARC技術是可以建立在先進的放電技術基礎之上。
3D-Hybrid還有另一種金屬沉積增材制造工藝是Cold Spray（冷噴）。這是一種最初為軸涂層應用而開發的工藝，該工藝使用固體粉末，在氣體中加速至超音速，速度約為1600-3500英尺/秒。在與基板撞擊時，當工具圍繞表面移動時，顆粒塑性變形并與基板結合。冷噴涂技術的沉積速率通常約為5磅/小時，適用的合金材料包括銅，鎳，鋁，鈦，鈮，金屬基復合材料和鉭。3D-Hybrid 的Cold Spray技術針對高速和更硬的合金沉積需求而設計。
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