DMG森精机开发出融合3D打印与切削的立式5轴MC

大师兄*

       DMG森精机开发出了将3D打印机的增材制造功能与加工中心(MC)的切削功能集于一身的机床“LASERTEC 65 3D”，并在芝加哥机床展“IMTS 2014”(9月8～13日，McCormick Place会展中心)上展出(图1)。该机床首先通过金属层积的方法使工件外形成型，然后进行切削加工，从而加工出尺寸精度等符合要求的部件完成品。也就是说，利用增材造型功能制作复杂的形状，然后利用切削功能来保证高精度。

       该机床是在5轴控制型立式MC的基础上，增加了3D打印机用喷嘴。为了使安装刀具的主轴与喷嘴能够自动切换，在设计上下了一番工夫。MC机身使用DMG森精机的已有产品，喷嘴从其他公司采购。
主轴及喷嘴沿X轴(横向)、Y轴(纵长方向)、Z轴(垂直方向)3轴方向直线移动，摇篮状耳轴工作台绕A轴转动并以C轴为轴心连续旋转。
       加工时，工件基础部分使用形状简单的铸件。使用喷嘴向铸件上必要的部位喷附金属粉末并用激光熔融，然后通过自然冷却使其凝固，由此不断积层金属。目前可积层的金属为不锈钢、镍基合金“Inconel”和钢3种，并且，DMG森精机还在试验钛合金和铝合金。积层速度方面，不锈钢约为1kg/h。以试制的汽轮机叶片为例，1片叶片的成型时间大约为20分钟。
       由于使用可自由控制角度的耳轴工作台，因此不需要为不断层积的金属提供支撑的支撑部。普通3D打印机在斜上方积层时要利用相同的金属积层方式制造支撑部，以防止金属坍落。而新机床可利用耳轴工作台来调整角度，在积层时防止金属坍落，并可保持这一角度直至凝固。因此可省去支撑部所需的金属粉。
在通过上述方法制作出尺寸精度为0.1～0.5mm的工件后，将喷嘴切换为安装刀具的主轴来切削工件。该机床可在金属积层与切削之间自由切换。通过切削加工使工件的尺寸精度达到数μm，便完成了部件制造。
      与之形成竞争的是利用铸造工艺制造的部件。新机床由于不使用模具，因此具有可实现模具不可能实现的复杂形状，以及可缩短前导时间这两个优点。不过，从单个产品的制造成本和时间来看，铸造工艺更为出色。因此，新机床适用于附加值高的少量生产部件，具体包括医疗零部件、照单生产产品以及飞机、汽车的试制部件等。
   DMG森精机计划在2014年10月30日～11月4日于东京有明国际会展中心举行的“第27届机床展(JIMTOF2014)”上展出这种新型机床。