很快就会有很多采用混合增材/减材机器技术的成功案例。混合机械技术仍处于早期发展阶段，经过精心逐层构建复杂零件、大型修复工件以及设计有工艺增强随形冷却通道的模具的示例。混合动力表明，有不止只要考虑制造过程的总成本，就可以减少周期时间并提高利润。
DMG Mori 的 Lasertec-3D 激光复合机加工使用粉末喷嘴进行沉积焊接。通过最近的产品，主要机床制造商表示混合技术更适合而不是他们制造能力的创新扩展。相反，这是竞争的必要性。他们正在通过越来越多的机器来应对挑战，这些机器将增材制造 (AM) 工艺与经过验证、完善的减材加工平台相结合，以在一台机器上生产完整的零件。您可以将混合机器称为“Multitasking Plus”。
30 多年前开始制造塑料零件的 AM 见证了工作范围的扩大和金属零件的增加。这通过采用两种主要的输送方法——定向能量沉积 (DED) 和粉末床融合 (PBF) 技术——得以实现。在许多方面类似于激光焊接，DED 和 PBF 方法都在为增材制造技术发挥作用，在明确定义的工作范围内工作。
基于 PBF 的混合机器非常适合制造模具更少的组件和过程保形加热/冷却通道和更小的，co以前无法生产的复杂零件。基于 DED 的混合机器是大型金属零件和关键航空航天、医疗和油田工件修复的绝佳选择。 （有关混合增材制造技术的技术基础的完整讨论以及神秘的字母表世界之旅，请参阅“增材和减材加工相结合的优缺点”，制造工程，2017 年 7 月）。
模具制造的回报令人印象深刻“混合增材制造在模具制造中的增长仅受客户超越传统加工设计零件的思考能力的限制，”Lumex 北美总监 Tom Houle 说， Matsuura Machinery USA Inc.（明尼苏达州圣保罗）。 “例如，我们必须与他们合作，以确定如何通过混合增材/减材技术改进模具的零件或组件。” Matsuura 的两款混合粉床 Avance 25 和 Avance 60 使用Matsuura 高速立式加工中心平台用于构建和精加工机器零件。
混合增材制造已经成为模具制造行业的游戏规则改变者，具有巨大的潜力，”Houle 说。 “我最近合作的一位客户——一家项目工具制造商——在三年内为最终客户节省了 550 万美元，用于该项目模具中的一个 24 部件组件中的一个部件。每个模具上的多个组件（24 个模具中的 24 个零件）的潜力是巨大的，”Houle 说。
保形冷却通道使注塑成型比传统直线冷却快 40-50%，采用 30刀具寿命提高 -50%，同时缩短循环时间。图片由 Matsuura Machinery USA 提供“借助我们的混合增材制造，模具制造商可以 24/7 无人值守地制造组件。 CAD建模可以创建合作通过模拟热建模和减轻重量可以实现非正规冷却。当最终零件出来时，它们几乎完成了复杂的设计，包括深肋和口袋以及随形冷却通道的复杂几何形状。它们将使注塑成型的运行速度比传统的直线冷却快 40-50%，工具寿命提高 30-50%，同时缩短循环时间。粉末床混合 AM 机器可以提供更快的循环时间、更快的模具制造时间，并有可能消除所需的迭代模具修整和调整过程，因为您可以预先完成通常必须等到测试模具后才能完成的大部分工作，” Houle。
唾手可得的果实之后会发生什么？
基于 DED 的混合机器技术的机器供应商一致认为，修复和专业金属沉积应用是第一个也是最明显的目标技术。根据 David Fischer 的说法，板条作为产品专家，Okuma America Corp.（北卡罗来纳州夏洛特），Okuma 的激光金属沉积 (LMD) 技术通常被怀疑包括航空航天、涡轮机叶片尖端修复和非旋转部件的农业应用，以及油田井下部件需要材料焊接在他们身上。 Okuma 的 MU-8000V Laser EX LMD 混合机器从喷嘴供应粉末，并执行激光熔化和粘合到母材上。除了 3D 制造和包覆的可能性外，这还允许组合和分层各种类型的材料。
Okuma 的 MU-8000V LASER EX 建立在配备通快激光的加工平台上独有的磁盘技术，可在各种功率设置下灵活地控制光束形状。“MU-8000V giv使我们能够控制沉积多少材料——尤其是多少昂贵或危险的材料——以及沉积的位置以达到预期的结果，”Fischer 说。 “我们看到的很多情况是客户限制了昂贵材料的使用量。根据目的，他们会在他们想要的地方放下足够的耐腐蚀或耐磨材料，并使用成本较低的材料来平衡应用。在欧洲的液压轴应用中，他们希望避免对零件进行镀铬，因为使用铬会带来危险。他们将用激光沉积硬质材料而不是铬，对其进行机加工、研磨并将其投入使用。”
Okuma 的 MU-8000V 建立在一个加工平台上，该平台专门采用 Trumpf 激光盘技术. “它使我们能够在各种功率设置下灵活地控制光束形状，无论是使用 200 W 还是更低的功率精细的细节或整个 4 kW 的重覆层。盘式激光振荡器最多可处理六台机器。如果您使用机器人激光器进行焊接，则 100% 的时间都在使用激光，而使用 EX 混合焊接机时，您有 20-25% 的时间使用激光。效率是显而易见的，”Fischer 说。
仅仅因为混合动力机器具有生产复杂零件的独特能力并不意味着它们应该在所有情况下使用，Fischer 说。 “在另一个案例中，当客户想要从头开始铺设零件时，我建议不要这样做。混合增材制造不能替代简单加工可以更快、更好地完成工作的零件制造。”
最高密度金属零件
Sodick Inc. 的 OPM 金属 3D 打印机（伊利诺伊州绍姆堡）结合刚性直线电机、高速 45,000 转磨机和 500 瓦激光粉末金属床增材制造装置，以实现 99.99% 的熔化率和生产高密度零件的能力，据增材业务开发经理 Evan Syverson 说。 “通过集成的高速铣刀，工件在整个打印过程中定期加工，以实现尽可能好的光洁度，即使在许多难以触及的内部结构上也是如此，”他说。它还消除了后处理的需要。
Sodick 的两款 OPM 金属 3D 打印机型号，OPM 250L 和 OPM 350L，是 Sodick 作为电火花成型机和高速加工中心以及注塑机制造商在模具制造方面专业知识的自然延伸.结合粉末金属床增材和减材铣削技术可以改变制造以戏剧性的方式制造复杂的模具。在一个示例中，两台 OPM 250L 金属 3D 打印机取代了一个大型生产阵容，该生产线包括三个加工中心、六个线切割机、六个电火花成型机、四台磨床和一台铣床。根据 Sodick 的说法，它的生产时间缩短了一半。
Sodick 的 OPM 金属 3D 打印机的典型应用包括减少模具的组件数量和打印随形冷却通道，以更快、更高效地注塑成型生产塑料件。 “塑料注射成型非常依赖周期时间来达到所需的产量，”Syverson 解释道。 “最大的阻碍是冷却时间。采用随形冷却代替直线水管，冷却时间可减少多达 40-60%，可防止出现热点，并提高零件精度。我们的 OPM 3D 打印过程非常简单。我们可以控制沉积的层数从10到100或每循环 200 次并控制加工之间的间隔。高速铣刀使用小型 E25 或 HSK 工具去除金属。因为我们要打印成近净形，所以只需要轻型材料去除。结果是业内最高的表面光洁度，”他说。
使用沙迪克的 OPM 金属 3D 打印机生产复杂的模具组件。混合技术扩展了多任务处理范围
对于 Mazak Corp.（肯塔基州佛罗伦萨）董事长 Brian Papke 而言，混合技术代表着其多任务机器技术的进一步扩展。 “当你走进我们的芝加哥技术中心时，你会看到墙上清楚地标明了 Mazak 技术中可用的五个级别的多任务处理能力——空间刚好可以为增材技术添加一个‘加一’，”Papke 说。 “我们从钻孔、铣削、镗孔、攻丝、五轴技术、拉削和磨削开始，向上移动到齿轮切削、车削和滚齿、低温加工和我们的 Orbitec 机器。我们可以看到搅拌摩擦焊的明确作用；另一种显示出前景的增材技术是热线激光沉积。”
Mazak 实施新的多任务混合动力的方法是发展合作伙伴关系，使其能够在适应技术方面迅速采取行动。摩擦搅拌焊接就是一个很好的例子。当这些机器完全开发出来后，它们将作为自己的品牌推出，而不是简单地扩展现有的 Mazak 机器型号。 “发展一些非常好的合作伙伴关系使我们能够在技术开发方面向前迈进，而不是重新发明轮子。”
马扎克的Integrexi-400AM 使用光纤激光加热熔化金属粉末。熔覆头（增材制造喷嘴）逐层施加熔融材料，每层材料凝固成所需形状。 例如，马扎克的新型 Integrex i-400AM 混合多任务加工机特别适合小批量生产难以切割的材料，例如用于航空航天、能源和医疗行业的材料。借助增材制造能力，制造商可以生成/包覆近净形部件特征，然后通过高精度精加工操作完成它们，并在需要时对零件进行激光标记。
在操作中， Integrex i-400AM 使用光纤激光器熔化金属粉末。熔覆头（增材制造喷嘴）逐层施加熔融材料，每层材料随着所需形状的增长而凝固。此外，该系统可以将不同类型的金属相互连接，这一功能有利于有效修复磨损或损坏的 exi刺部件，如航空航天涡轮叶片。
在多任务机器方面，Integrex i-400AM 提供完整的五轴功能，可以加工来自实心钢坯或铸件（夹头或棒料）的棱柱形零件，圆形零件、高轮廓零件以及现在具有通过增材技术构建的特征的零件。
三个完整的工艺链
在 DMG Mori（伊利诺伊州霍夫曼庄园），重点是“工艺链” 用于混合动力机器技术。该公司采用了三个完整的粉末床和粉末喷嘴增材制造工艺链。 Lasertec 3D 混合系列机器结合了激光沉积焊接和五轴铣削，是该公司建立全线增材制造方法的基础。 Lasertec 65 3D hybrid 的最大 X 轴行程为 28.9 英寸（734 毫米）； Y 轴行程为 25.6 英寸（650 毫米），Z 轴行程为 22 英寸（559 毫米）。 Lasertec SLM 系列扩展机器范围包括使用选择性激光熔化的粉末床方法，用于生产小型、复杂的花丝零件，并灵活使用不同的材料。智能粉末模块概念允许在两小时内更换材料。
“这两种制造技术在我们的产品系列中完美互补，”高级技术部门负责人 Patrick Diederich 说。 “粉末床工艺特别重要。该技术在金属部件的增材制造市场中占有 80% 的份额。” DMG Mori 在五轴 Lasertec 65 3D hybrid 和 Lasertec 4300 3D hybrid 中引入了在单一机器平台上结合激光沉积焊接和加工。该概念结合了激光沉积焊接和六面车/铣加工，这两种机器都设计用于制造相对较大的部件，例如涡轮部件。
DMG Mori 正在积极以其“数字化之路”和智能软件解决方案推进工业 4.0。其中包括直观的用户界面 CELOS，该界面已用于 Lasertec 3D 混合机器。 DMG Mori 旗下公司 Realizer 专门为粉床机开发了 RDesigner。将来它将集成到 CELOS 界面中。 Diederich 说：“数据的捕获和管理以及用户友好的应用程序的使用为支持工作准备和生产过程的整体提供了一个很好的机会。” “数字化与增材制造齐头并进，将挖掘巨大潜力。它使工业批量生产能够过渡到单独的大规模生产。例如，备件不再需要库存。它们几乎可以按需打印，”他说。
工程中的混合塑料机器
将于 9 月举行的 IMTS 2018 将是一个重要的展示场所正在使用最新的混合动力技术，因为主要制造商正在准备大量新机器。在 IMTS 2016 上，Hurco Co. Inc.（印第安纳州印第安纳波利斯）推出了 3D 打印头的测试版，旨在与其运行 PLA 塑料丝的立式加工中心集成。 “打印头设计为手动插入机器的主轴，”Hurco 的 Fred Gross 说。 “正在开发一种更新的流线型版本，重量约为 20 磅 [9 千克] 测试头的三分之一。除了重量更轻之外，它还能生产质量更好的部件，因为与测试版不同，它将通过电气接口连接到机器。”
打印头将具有适用于 CAT 30、40 的可互换锥度, 以及 50 和 HSK 63 接口。编程是在 Hurco 的 Winmax 桌面编程软件上完成的，这是一个可免费下载的软件包，可以设计实体模型并提供运行机器的程序。 “目前，我们支持 plastic PLA 灯丝，但尼龙和 ABS 可以在相同的温度下运行，我们将能够支持比目前的 1.75 毫米 PLA 灯丝更大的灯丝，”他说。
