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CIMT2023部分增材制造机床展品评述




 

CIMT2023(第十八届中国国际机床展览会)已于415日圆满落幕。展会期间,主办方中国机床工具工业协会有关分会组织人员针对本专业领域展品进行评述,现编发部分文章,供业界参考。文章观点仅代表作者本人。

 

 

CIMT2023展会汇集了全球机床工具制造业的众多新品、精品和名品。据不完全统计,参加本届展会的境内外特种加工机床厂商近60家,展出特种加工机床120多台,展品主要包括电加工机床、激光加工机床、增材制造设备等。协会特种加工机床分会组织的评述组通过对部分展品的现场观摩、资料收集以及与参展厂商座谈交流,对境内外增材制造设备的技术水平进行了评述,分析了相关产品的发展趋势和应用前景。

 

据资料显示,增材制造产品和服务在2022年的市场规模已经达到了180亿美元,年增长率达18.3%。截至2021年末,中国工业增材制造设备安装量市场占比为10.6%,成为全球仅次于美国的第二大市场。目前增材制造领域仍然处在快速发展的过程中。本次展会各厂商展示的增材制造机床样机数量较为有限,并且增材制造专门厂商参与不多。但是多家境内外机床制造商逐步开拓了增材制造设备业务,并在CIMT2023展出。增材制造机床作为一种独特的特种加工设备,依然是本届国际机床展览会上的亮点之一,其新颖的加工方式和不断提高的加工能力引起了观众的热切关注。

 

1. 金属增材制造机床

 

展出的金属增材制造机床以粉末床熔融技术相关装备为主。粉末床熔融增材制造设备可以通过均匀地铺开金属粉末并利用高能束流照射使其熔化和凝固,在反复的铺送粉和熔化/凝固过程中分层建立起3D模型,可以创造出各种形状,也可以在成形的物体内部自由安排三维冷却通道。

日本沙迪克公司在本次展会上展示了LPM 325型激光粉末床熔融增材制造(PBF/L)设备并进行了打印过程展示。该型号装备配备了500W的激光器,可以进行250mm×250mm×250mm的零件打印,适用于不锈钢、铝合金、钛合金、铜铬合金等多种金属材料。该设备具有独特的基准面切削机构,能够在短时间内在造型部件上进行精确基准面加工,在二次加工中精确定位,简化基板分离和精加工的准备,提高效率。同时,全系列设备都支持超稳定模具造型工艺,即在成形过程中减少热收缩时的膨胀应力,适用于SUS420J2SVM等材料粉末的加工。

 


沙迪克的LPM 325型增材制造机床

 

鑫精合集团的天津镭明激光科技有限公司在本次展会上展示了LiM-X400激光粉末床熔融增材制造设备。该设备可选装500W1000W大功率激光器两台,光斑直径可实现80-120µm的定制化,能够完成400mm×400mm×550mm的单激光成形或400mm×450mm×550mm的双激光成形。该设备的一大特色是集成了一站式工业零部件批量制造的能力。设备的成形缸体为独立单元模块,可进行独立拆卸,配合多个成形缸使用,可实现多工位并行加工,将打印过程与清粉取件过程分离,大大缩短设备停机时间,提高成形室使用效率。其高精度成形平台采用进口丝杠导轨,并配备光栅尺调节,可将定位精度控制在±0.005mm以内。其自研的LiMPCS-SLM激光选区熔化软件具有多类型切片数据文件读取、预估打印时间、系统控制、打印参数实时设置、过程监测、日志记录、云平台数据传输等功能,保障设备的正常运行。

 

在展会上,力丰集团展示了其代理的镭明激光公司的LiM-X260设备。力丰集团将增材制造机床、智能机器人手臂、加工中心集成为一条产线,通过自动化的打印-后处理加工过程,为“无人工厂”概念的落地提出了一种解决方案。

    


LiM-X400



LiM-X260

镭明激光的激光粉末床熔融增材制造机床

 

中国航空制造技术研究院推出了电子束粉末床熔融(PBF/EB)设备。此类设备在保持了增材制造技术带来的自由制造任意形状零件的优势之外,还具有真空加工环境保障零件混入杂质元素、高成形温度减少热应力与变形、高能量吸收率改善成形效率等特点。在CIMT2023展出的设备具有360mm×360mm的成形幅面和500mm的成形高度,成形效率达100cm3/h,具备了钛合金、钛铝合金、镍基高温合金等多种材料的打印能力。据介绍,装备的关键部件如电子枪、高压电源等均为自主研发,目前电子枪的功率可达7.2kW。通常PBF/EB设备使用钨灯丝或六硼化镧(LaB6)作为阴极材料。钨灯丝成本低廉,但使用寿命通常有限,而六硼化镧灯丝价格十分昂贵。本次展出的设备采用钨灯丝作为阴极,据称使用寿命在300h以上。此外还展示了激光粉末床熔融(PBF/L)设备的相关图文资料。激光增材设备的成形腔尺寸可达810mm×450mm×730mm,能够完成钛合金、不锈钢、铝合金、碳钢等多种材料的打印。

 


北京航空制造技术研究院的电子束粉末床熔融增材制造设备

 

因为本次展会参展商众多,多家厂商表示受限于场地等因素限制,只带来了增材制造装备的相关资料,未能展出实机。这和增材设备近年来逐步大型化的发展方向也有一定关系。

 

海天集团在展会上分享了旗下海天增材公司推出的最新增材制造机床C400M的相关资料。该设备是一台金属激光粉末床熔融3D打印机,配有双激光或四激光Yb光纤激光器,可以实现400mm×400mm×430mm的多激光协同高效率零件成型,效率可达50-100 cm3/h。大族激光集团在展会上介绍了旗下大族和光公司的Hans M260铺粉式金属激光3D打印系统的相关资料与成形样件。成都煜鼎特种加工技术公司基于北京航空航天大学王华明院士团队的研究成果,展出了高性能大型金属构件激光增材制造设备和激光高通量材料制备与增材制造综合系统的相关图文资料。乐嘉文(Rieckermann)公司展示了使用西亚基(Sciaky)公司推出的电子束送丝熔覆增材制造设备生产的飞机结构件。境外多家机床制造厂商,包括格劳博(GROB)公司等也开始涉足增材制造领域,新近推出了如液态金属打印机GMP300等增材制造机床,+GF+公司也在与3D systemEOS公司的合作基础上计划推出自有品牌的增材制造设备。

 

2.金属增减材复合机床

 

目前,增减材复合制造技术受到了越来越多的关注。增材制造设备完成的零件目前仍存在着对表面加工、热处理等后处理手段的依赖性,基于增材制造的高自由度成形能力,在同一台机床上复合铣削、热处理等功能,可以避免多平台加工时零件取放带来的精度误差积累,提高生产效率,同时节省设备空间。

 

德马吉森精机(DMG MORI)公司出品LASERTEC系列增材加工机床,包括LASERTEC SLM LASERTEC DED两种子系列,分别通过激光粉末床熔融和激光能量定向沉积实现增材制造。展会上分享的视频资料介绍了LASERTEC DED hybrid机型,集成了激光能量定向沉积技术以及五轴数控加工技术,可实现不同材料,如不锈钢、钛合金、铝合金及镍基合金等的增减材复合加工。基于送粉方式的增材成形过程,可以使用多种粉料和梯度粉料,实现性能改良。日本马扎克(MAZAK)公司在展会上介绍了AM SERIES的增减材复合加工机床。产品可适用多激光式、单激光式、电弧式增材制造,代表产品是INTEGREX i-300 AM,其特点是集成了两个Ambit激光熔融头,一粗一细,可分别负责高速熔融以及高精度熔融。该设备以一个五轴多功能加工中心为平台,能够对增材制造的部件进行车铣与激光标刻。

 

除了在展会上进行实体展示的LPM系列增材制造机床,日本沙迪克公司还介绍了OPM系列增减材复合制造机床,包括OPM 250 OPM 350OPM系列机床在成形室内同时结合了激光粉末床熔融和高速铣削。这种增减材技术不仅可以改进模具冷却通道的加工能力和缩短成形时间,还可以简化模具设计,大大减少创建一个完整模具所需的部件数量。OPM系列设备通过在成形过程中交替进行机加工和3D打印,使得精度和表面粗糙度比现有的3D打印方法有了显著提高,同时保持了加工复杂形状的能力。OPM系列增减材设备采用了刚性直线电机,具有1g的轴加速度,且没有摩擦、磨损或反冲。通过优化的平面设计,刚性直线电机直接安装在机器的铸件上,以数字控制的精度提供稳定的线性运动,使得该系列设备成为了市面上最精确的金属3D打印机之一。

 

大连三垒科技有限公司在展会上介绍了增减复合五轴联动3D打印设备SVW80C-3D,将激光金属沉积技术装备于该公司最新研发的五轴联动加工中心上,实现任意方位,甚至五轴联动金属沉积,以及边增边减、增减复合加工工艺,可以应用在五轴减材、增材制造、功能梯度材料、表面涂层改性、修复再造等场合。

 

3.非金属增材制造机床

 

本届展会中非金属增材制造机床对比往届展会明显减少,只有少量厂商对此类设备做了资料展示。

 

马路科技介绍了其代理的BigRep PRO工业3D打印机床,基于计量挤出机技术(MXT)精确控制沉积过程,适用多种热塑性线材,能够对工程级碳纤维增强材料、多种生物聚合物和水溶性支撑材料进行增材制造。

 

英格索尔(INGERSOLL)公司介绍了目前最大的热塑材料3D打印机MASTERPRINT 3X,该装备是一种大规格、工业级、三轴(五轴)联动的3D打印机床,可以用于增减材方式制造耐用超大复杂型面的热塑材料零件。同时设备配有真空工作台,可以实现真空环境成形。两种不同的型号分别具有150 lbs/hr500 lbs/hr的挤出效率。值得关注的是,该设备可以进行模块化配置。设备完成结构体打印后,可以自动卸下挤出模块,装载工业级两轴联动铣削头,从而实现增减材复合制造。

 

4.结束语

 

CIMT2023展示的产品和技术充分体现了最新的科技创新成果,总体呈现出高端化、智能化、绿色化发展趋势,创新技术、集成复合技术、数字互联、绿色技术等与机床工具融合展示。特种加工机床也不例外,展品整体水平较高,产品结构、机床精度和外观设计均有提升,国产品替代趋势明显。

 

来源:协会特种加工机床分会  责编:张芳丽


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