增材技术进步:测量有助于增材技术进入制造业

经过多年的炒作，一层一层地制造产品的增材制造技术开始在车间生产和设计办公室中变得越来越普遍。它们已经在某些定制产品的制造方式上产生了重大变化，例如医疗植入物和定制航空航天部件。然而，3D打印在很大程度上仍然独立于传统的减法加工，因此，距离成为自动化装配线的一部分还有很长的路要走。

混合制造技术公司(HMT)联合创始人杰森•琼斯博士表示，阻碍增材技术发展的部分原因是，它们被封闭在自己的3d打印机盒子里的历史趋势。制造产品的最佳方法可能包括加法和减法制造，这可能意味着将它从铣床转移到3D打印机，然后再返回来完成加法表面。但HMT已经将一项结合了这两种方法的技术商业化
在一个设置中。

“大多数增材制造实际上都是快速原型，”琼斯说，“这有点像互联网出现之前的计算机:单独的能力很强，但你无法获得它们相互关联的生产力的协同作用。”

增材工艺的另一个问题是，它们通常需要很长时间，而且很少或根本没有办法在中途改变制造，以适应操作条件或产品生产方式的意外变化。“自适应加工”的概念在维修或再制造工作中特别重要，在这些工作中，机器中的产品可能具有与其原始CAD模型不同的几何形状。

事实上，HMT是从一个由Innovate UK(前身为技术战略委员会)共同资助的100万英镑的研究项目中剥离出来的，该项目旨在通过创建一台机器，结合减法和加法技术进行自适应加工，从而改善再制造。“回收”项目由考文垂制造技术中心开展，由德蒙福特大学琼斯的研究激发，其结果是一种包含一系列可交换刀头的设备，能够实现从检测到加工到激光熔覆的自动过渡。

“HMT认为它开始关闭添加剂技术的反馈循环，这对其进入主流生产至关重要

Jones说，挑战在于将不同技术结合在一起的底层测量、检查和控制。就制造业而言，真正的创新在于我们如何连接和断开所有这些东西。在数控机床中，你有一个旋转的主轴，在主轴的末端，你通常没有激光能量或粉末沉积等设施。

这些测量和自动化技术是由Reclaim的合作伙伴Renishaw和Delcam实现的，它们可以捕获单个部件上特定缺陷的信息，与原始的最佳配置进行比较，然后生成可以使用加法和减法加工以及相同设置中的其他工艺实现这一目标的刀具路径。

Renishaw公司的首席机床应用工程师Paul Moore表示，Renishaw公司之所以加入该公司，是因为Reclaim项目确定了一个特定的需求，即捕获单个零件的表面状况和几何形状。他说:“你可以用触控探针来做这件事，但需要很长时间。”你得拿几百或几千分。”

当时，雷尼绍正在开发一种不同形式的探头:3D接触扫描系统，即现在的Sprint系列探头，通过无线红外通信不断报告其位置。摩尔说:“它能做的是每秒获取数千个点，我们不仅可以用它来找到它的位置和方向，还可以返回涡轮叶片边缘的精确轮廓。”

叶片表面的扫描数据反馈到Delcam CAD系统中，并与标称叶片模型进行比较:“Delcam然后重新创建模型表面，并生成切割路径，以加工该表面，或使用激光熔覆工艺构建其或改变其性能。”

创新之处在于应用，Moore补充道:“接触式扫描本身并不新鲜，但这是一个完整的系统，以前从未将扫描仪安装在机床的换刀系统中。此外，软件方面也取得了很大进展，我们可以处理点并生成曲面，第三方可以使用这些曲面来生成模型和重新生成刀具路径。”

这项工作不仅涉及控制和输出软件的修改，还涉及物理上的挑战:数控机床内部金属碎屑和切削液飞溅，是放置灵敏测量和检测设备的野蛮地方。

Reclaim还帮助雷尼绍定义了系统需求:“我们以前不确定重新加工一个零件需要多精确地测量，”Moore说，“我们发现必须非常精确，因为使用涡轮增压器叶片，他们想要将零件加工到几乎完成的状态。”

这项研究的出现恰逢其时，为雷尼绍提供了一个精炼和生产扫描探头的具体项目，这项工作在维修和再制造市场开辟了一个新的业务领域。

但Sprint的雄心远不止于此:“我们创造了一种对维修行业更有用的产品，但这不是扫描探头的主要目的;在一个新市场上，它可能有10%到15%的机会。”在自适应加工的新领域有更广泛的业务需要赢得，在不从机床上取下零件的过程中检测也有很大的市场。

与此同时，HMT认为该技术开始为增材制造技术关闭反馈回路，如果这种类型的制造要进入主流生产，这将是至关重要的。该公司目前正在生产一系列自动更换的刀头，可以让一台传统数控机床执行从切割和钻孔到3D沉积到表面加工的所有操作。琼斯说，在添加剂方面，它可以打印多达四种不同的材料，这使得它可以打印金属，就像Objet的聚合物打印机可以打印塑料一样。

他希望，这将为添加剂开辟新的通用用途，使公司能够尝试通过沉积额外的材料层来改变产品的表面成分，并创造出将3D打印的几何可能性与减法技术的强度和速度结合起来的结构。他说:“因为这些工具还没有被广泛使用，研究领域里一直有人在摆弄它。”他说，通过降低这项技术的成本和普及性，我真的认为它将应用于真正的产品制造。