▲哈默MPA42將增材堆疊與高精度加工兩相結(jié)合。
 

　　哈默公司全新的MPA42實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)聽起來似乎很矛盾：毛坯件離開加工區(qū)域時(shí)，質(zhì)量非但沒有減少，反而明顯增加。“MPA”這個(gè)簡(jiǎn)稱揭示了它的工作原理：“Metal-Powder-Application(金屬粉末應(yīng)用)”，這是一項(xiàng)哈默公司在大約七年前開始研發(fā)并推向市場(chǎng)的工藝。通過新一代的機(jī)床，堆疊式制造工藝在精度和速度上有了顯著的提高。
 

　　新的MPA42機(jī)床位于地處德國(guó)奧托布倫市(Ottobrunn)的哈默機(jī)床制造有限公司(HermleMaschinenbauGmbH(HMG))。這家公司是我們德國(guó)貝托特·哈默機(jī)械制造股份公司(MaschinenfabrikBertholdHermleAG)的全資子公司，自2009年起在德國(guó)巴伐利亞州開展業(yè)務(wù)，經(jīng)過多年，它已經(jīng)發(fā)展成為一家增材制造的服務(wù)提供商。
 

　　HMG公司總經(jīng)理魯?shù)婪?middot;丹特(RudolfDerntl)打開了MPA42機(jī)床上隔音罩的門，門后隱藏著一臺(tái)經(jīng)過大量改裝的C42U五軸加工中心。在主軸旁邊，有一個(gè)噴嘴伸向工作區(qū)域，但沒有看到冷卻潤(rùn)滑劑噴灑裝置。“拉瓦爾噴嘴以加速度噴出粉末，并將粉末直接涂抹應(yīng)用在夾持著的金屬毛坯上。”丹特解釋說。
 

　　超熱蒸汽和氮?dú)馀c噴嘴的幾何形狀一樣重要，它們將粉末加速到超音速，并在沖擊時(shí)通過變形進(jìn)行粘結(jié)。在設(shè)備的后部，安裝了一臺(tái)蒸汽發(fā)生器和五臺(tái)粉末輸送機(jī)，所有的應(yīng)用材料和坯料必須具有相同的延展性能。
 

　　“由于應(yīng)用的原理是塑性變形，所以它可以與各種金屬一起工作。因此，半成品的表面也必須具有延展性。”這位總經(jīng)理指出。除了含碳量高的熱成型鋼和冷成型鋼外，還使用了銅和耐蝕耐熱銅合金。
 

　　用于注塑模具的材料混合
 

▲銑出口袋后，C42UMPA將銅粉涂抹上去，隨后，多余的材料再次被去除。
 

　　銅的散熱速度明顯快于加工工具鋼，因此，對(duì)于注塑模具的設(shè)計(jì)來說，鋼和銅的材料組合具有決定性的優(yōu)勢(shì)：“通過增材制造，我們將銅引入到模具中那些沒有冷卻通道空間的部位。在注塑過程中，銅芯將熱量傳導(dǎo)到近的冷卻通道，比鋼的速度快得多。這樣就為用戶節(jié)省了寶貴的幾秒鐘的冷卻時(shí)間，并提高了塑料件的表面質(zhì)量，”丹特解釋說。
 

　　加工中心的五個(gè)軸允許粉末幾乎以任何角度噴射向零件，從而提供大的設(shè)計(jì)自由度。有了這項(xiàng)技術(shù)，冷卻通道可以直接建在毛坯的曲面上，因此，較大的注塑模具也可以得到充分的冷卻，而不必對(duì)整個(gè)零件都使用堆疊制造。
 

　　唯一的限制是C42U的工作空間。“根據(jù)幾何形狀的不同，增材工藝的尺寸限制是長(zhǎng)、寬各600毫米。但通常情況下，零件都比較小，”丹特解釋說，這臺(tái)機(jī)床也特別適合生產(chǎn)圓柱形或錐形零件，比如冷卻的預(yù)腔噴嘴。通過在旋轉(zhuǎn)的零件上涂抹材料，有效地填充口袋和管道，然后用工具鋼封閉起來。
 

　　除了實(shí)現(xiàn)高效冷卻外，MPA工藝還提供了實(shí)現(xiàn)其它一些有趣的應(yīng)用可能性。許多材料通過這種沖擊壓實(shí)的方式之后，零件表面可以順利地打磨出高光澤度。因此，HMG公司甚至可以滿足用戶對(duì)注塑模具的高要求。
 

　　通過使用MPA工藝，加熱絲或腔體溫度監(jiān)測(cè)傳感器等功能元件也可以嵌入到鋼或銅之中，從而集成到模具中——完美的變溫控制。除注塑外，MPA技術(shù)在其他應(yīng)用中也得到了回報(bào)。“以集成加熱元件的膠水噴嘴為例，通過模具中的傳感器，粘合劑在整個(gè)噴嘴寬度內(nèi)都可以保持理想的加工溫度。通過這種方式可以實(shí)現(xiàn)真正的溫度控制。”魯?shù)婪?middot;丹特解釋說。
 

　　了解哪些材料組合是合理的，如何實(shí)現(xiàn)冷卻通道和功能元件的效果，以及如何設(shè)計(jì)一體式模具：這是HMG公司的優(yōu)勢(shì)所在。“我們賣的不是機(jī)器，而是技術(shù)。”總經(jīng)理表示。這支來自?shī)W托布倫的團(tuán)隊(duì)為模具設(shè)計(jì)者提供建議，建立3D模型，并使用冷卻通道、功能元素，或多材料組合來優(yōu)化使用該模型制造出來的注塑件。“我們正在尋找縮短周期時(shí)間和提高零件質(zhì)量的方法，而這是使用其他技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的。”丹特說。
 

▲粉末輸送機(jī)安裝在設(shè)備的后部，可以方便從外部重新裝填。
 

　　用來涂抹和去除的軟件
 

　　應(yīng)用工程師可以使用自己的CAM軟件生成機(jī)床控制代碼，它不僅定義了路徑運(yùn)動(dòng)，還定義了粉料數(shù)量、指定溫度，以及材料在堆疊和銑削之間的交替。“由于沒有一家CAD/CAM制造商能夠繪制特殊的交替過程——銑削、堆疊、銑削——于是我們編寫了自己的軟件。作為一個(gè)額外的好處，我們現(xiàn)在可以及時(shí)滿足客戶的特殊要求，"總經(jīng)理說，專家們就在隔壁坐鎮(zhèn)。
 

　　前期工作完成后，客戶將他的毛坯寄給HMG公司。“在95%的情況下，我們使用的是客戶在自己的銑床上準(zhǔn)備好的半成品零件，”客戶顧問奧利佛·穆勒(OliverMüller)解釋說。
 

　　該零件在運(yùn)抵奧托布倫時(shí)已經(jīng)預(yù)制了冷卻通道或口袋，HMG的團(tuán)隊(duì)檢查毛坯的尺寸精度，以及是否符合設(shè)計(jì)規(guī)格。“比如說，口袋必須沒有斜面，”穆勒說：“我們需要鋒利的邊緣來進(jìn)行粉末應(yīng)用。”
 

　　現(xiàn)在，熱潮來襲
 

　　▲為了達(dá)到的機(jī)器利用率，在生產(chǎn)開始前，半成品零件在加熱站中被加熱到工藝溫度。
 

　　在開始加工之前，零件在加熱站中被加熱到約300攝氏度，盡管該過程不涉及焊接，但它需要高溫，為了獲得更好的延展性能，必須對(duì)基材和金屬粉末進(jìn)行加熱，蒸汽提供了加速粉末的能量。當(dāng)這兩部分都通過噴嘴時(shí)，粉末達(dá)到工藝所需的超音速。
 

　　為了在加工過程中保持溫度恒定，MPA42會(huì)繼續(xù)加熱零件，直到后一個(gè)屑片被去除。“通過這種方式，我們可以防止溫度梯度造成的張力、撕裂或變形。”魯?shù)婪?middot;丹特澄清說。
 

　　在生產(chǎn)制造的過程中，材料的涂抹和去除交替進(jìn)行。涂抹粉末后，再在新的材料中銑入精細(xì)的細(xì)節(jié)，冷卻通道中填充水溶性金屬材料，并通過MPA工藝用一層鋼來進(jìn)行封閉。"隨后，我們會(huì)在水浴中沖洗出填充材料，以獲得所需的腔體，"穆勒解釋道。粉末噴射器可以實(shí)現(xiàn)每小時(shí)200到400立方厘米的堆疊速度，而對(duì)于銅甚至可以到達(dá)近1000立方厘米。
 

▲在冷卻通道中注入水溶性金屬粉末后，再涂抹下一層金屬粉末。
 

　　"有了這新機(jī)床，我們保持在時(shí)代的先端，把MPA技術(shù)提升到一個(gè)新的性能水平。而這，正是我們服務(wù)的核心。"總經(jīng)理強(qiáng)調(diào)。對(duì)他來說，重要的是在公司內(nèi)部規(guī)劃所有流程——從咨詢、優(yōu)化和可行性測(cè)試，到材料檢驗(yàn)，以及終的質(zhì)量檢查。"這讓我們可以未雨綢繆，保護(hù)我們自己和客戶的專有技術(shù)。"
 

　　哈默機(jī)床制造有限公司(HMG)位于德國(guó)慕尼黑附近的奧托布倫市，是德國(guó)貝托特·哈默機(jī)械制造股份公司的子公司。他們專注于代工制造領(lǐng)域新技術(shù)的基礎(chǔ)研究和開發(fā)。這幾年來，我們還利用我們的專利MPA工藝為大批量零件的生產(chǎn)提供拓展衍生的生產(chǎn)能力，這是一項(xiàng)為哈默客戶提供的專屬服務(wù)。