增材制造与数控加工有何不同

“它不是即插即用的，”迪克·康罗说。

使用增材制造来制造精密的、有功能的金属零件并不一定容易。

可以原谅预期用户才能思考它是。诸如“3D打印”之类的术语使其声音好像添加剂技术一样易于使用作为桌面打印机 - 好像CAD模型只需要将其发送到机器，以便将部分出现。

现实情况却大不相同。Conrow说，就像CNC加工一样，增材制造是一种强大的、复杂的制造资源，必须根据其自身的条件来理解。他的公司，印第安纳州丘鲁布斯科的C&A Tool公司，花了相当多的时间来发展这种理解。该公司在五年前购买了第一台直接金属激光烧结机(DMLS)，如今使用了其中的四台。C&A学到的部分知识是，加法制造，就像减法制造一样，需要制造专业知识。

常识

这不是一个伸展的吗：C＆A工具是一个示例性CNC加工业务。1969年以1969年作为“拐角处的工具商店”的话语，在康罗国的话语中，已经成长为成为工程部件合同加工的领先来源。今天它雇用了500多人，占据了超过70万平方英尺的设施。瑞士型加工，五轴加工和精密CNC研磨是该公司专业领域的一些专业领域。所以医疗机械加工，航空航天加工，燃料系统部件生产和加工零件和大规模的生产。

然而，尽管该公司在数控加工领域持续取得成功，Conrow表示，采用增材制造是“常识”。他说，零件制造将朝这个方向发展。

事实上，他一直在观看添加剂制造数十年。他说，过去无法信任过去的添加剂过程，以产生具有精细材料的气密关键部件，但发生了变化。一旦取消了高价值工作，曾经取消了补充制造的缺点。因此，他预计添加剂流程将考虑到迅速增长的工程部分生产份额前进。他还期望C＆A工具已准备就绪。

添加剂的挑战

该店于2008年安装了第一台DMLS机器。购买后一年多的一年，该公司几乎没有测试零件以外的情况。高端机器通常用于制作瓶子作为瓶盖开启器的小装饰品。这似乎似乎是机器容量的悲惨弱者，但实际上这种经验是有价值的。C＆A工具员工在此期间开发的知识塑造了公司今天使用其多种DMLS机器（来自EOS）的方式的方式。目前C＆A有四台这样的机器，康罗国相信更多将来。

这家店学到了什么?一个伟大的交易。各种因素影响每个DMLS构建的准确性和成本，这些因素包括:

1.重量。部分的重量逐渐改变，因为它造成了瘾地构建。该部件应该如何设计，面向和支持，因此在成长时不会扭曲？

2.热。激光烧结中的激光适用局部热量。过程如何占该热量的影响，因此部分不会通过热失真破坏容差？

3.速度。与CNC加工循环相比，添加剂构建循环缓慢。这段时间可以做任何事情吗？

C＆A工具的团队现在知道与添加剂处理有关的这些和其他问题的各种答案。事实上，该团队更加了解这些因素，例如这些产品可以传达。但是，有几个例子有助于讲述故事。以下部分样本说明了C＆A现在克服了添加剂制造的挑战并实现了这项技术的承诺的一些方式。

1.不同的批次

图1，从上面的照片中脱离，说明了C＆A工具给予添加剂制造的最简单尚更重要的过程工程考虑之一。添加到附加处理的速度速度的一部分是允许一个构建循环以尽可能多的零件，如本照片所示。DMLS在微小的Z级别层中创建部分，这些图层的数量会影响循环时间。相比之下，增加每层的X-y复杂度对循环时间的效果大得多。因此，嵌套到构建板上的更多部件提供了一种创建时间有效循环的有效方法。对于C＆A工具，甚至涉及将不同的零件号与无关客户组合，以便每个客户获得一些成本效益。

康罗将这种策略比作独立卡车司机的策略。卡车司机想在出发前把尽可能多的顾客的货物装进拖车里。有个老笑话说，卡车司机说:“我付了整辆卡车的钱。”

以同样的方式，在DMLS周期中康佳支付整个构建板。这个板上的空间不用于生长一部分基本上代表浪费的能力。

同时，嵌套策略还解决了添加剂制造的另一个烦恼挑战：所谓的“快速原型”的难度。DMLS并不总是快速，对制作原型并不总是具有成本效益，但很少有客户完全欣赏这一点。相反，客户经常来到C＆A询问商店快速“打印出”金属部分。

通过嵌套，C＆A通常可以提供这一期望。客户希望通常可以将客户的快速原型部分放入仍然可用的开放空间中，以便在安排运行的构建中可用。

2.直管

图2中的空心圆柱形部件为9.5英寸，直径为0.5英寸，厚度为0.010英寸，允许的总跳动量为0.004英寸。特别是鉴于管道两端的整体特征，该部分通过CNC加工产生挑战。C＆A工具的工作人员认为如何毫无疑问地制作这一部分，他们的思想的性质揭示了公司使用这项技术的重要和基础。即：即使使用DMLS，仍然是拐角处的工具商店。

这是因为使用增材制造的C&A人员仍然像工具制造商一样思考——仍然考虑如何实现和保持直线度、圆度、定位公差等等。只是像dml这样的过程对如何实现这些目标施加了不同的考虑因素。

热是其中一个考虑因素。对于DMLS，局外人通常不了解的是，像这个长管这样的精确部件的设计可能是迭代的。也就是说，在运行试制以观察加工过程的热量如何以及在哪里使零件变形之后，车间可能会稍微改变CAD模型，以在最终零件制造完成时补偿这种变形。

另一个考虑是重量。对于该管状部件，如果零件以自然的方式放在桌子上的构建板上 - 即，铺设在其侧面 - 那么部分将在构造时凹陷，损害其圆度。相反，准确地生产该部分的方法是将立管添加到构建中（在照片中看到），以便该部件以一定角度呈现形状。当循环完成时，这些提升管薄而易于移除。

对于这个工作，速度也是一个考虑因素，因为客户需要快速获得零件。在这种情况下，DMLS确实是快速的。客户知道零件制造的挑战性有多大，因此期望与挑战相称的交货时间。因此，当客户在周四发布工作后，C&A工具在接下来的周一打来电话，询问成品要运到哪里时，客户感到很惊讶。

3.医疗设备

控制增材制造周期持续时间的另一个关键是控制高度。同样，X和Y中的复杂性对循环时间的影响相对较小，但Z中的高度的增加直接增加了构建所需的层数。使用图3所示的医疗工具，C&A工具不需要将工具划分为如图2所示的两个部分。虽然像这样的划分有时是必要的，以使大型部件适合于机器的工作区域，但在这里不是这样。相反，C&A选择分割这部分只是作为一种通过控制高度来控制周期时间的方法。为了精度，该部件是在一个角度(如图2中的管状部件)，但结合该角度与该设备的全长将产生一个高Z尺寸。相反，商店通过在设置中分割配置文件来保持较低的配置文件，在每个周期中生成5个完整的工具。

然而，即使通过这种方式控制周期时间，构建周期仍然很长。这里看到的这批零件的生长花了36个小时。C&A的托尼·斯廷森(Tony Stinson)说，这样的循环时间是典型的DMLS。他说，这导致了其他制造流程的用户可能不会如此认真地考虑的一个挑战:停电的危险。

他说，为了实现无缝构建，添加循环必须不间断地持续进行。到目前为止，由于公用事业中断，C&A只报废了一些部件，但这种情况确实发生了。斯廷森说，有时他会推迟开始工作，直到预测的雷暴越过商店所在区域。奇怪的是，和农民相似的是，他在开始一天计划好的工作之前，会先看看天气。

4.非圆柱形管

图4中具有非圆形轮廓和锥形尺寸的金属组件是客户快速需要的另一个部件。康罗问道，如果没有增材制造，这个部件还能怎么制造?

在这项工作的情况下，添加剂制造不仅提供了一种快速生产部分的方法。它提供了唯一可以使零件的实用方法。

5.机电设备

最终的样本部分没有照片，因为工作是秘密的。客户最近提出了C＆A工具，用于生产专有机电装置的几乎所有组件。订单包括外壳，齿轮，连接器，轴甚至螺母和螺栓。
所有组件都足够小，使得C&A能够在一个DMLS循环中将整套组件嵌套到一个板上。

客户代表访问了C&A工具，以评估这种方式生产的零件。看到通过DMLS形成的组件，他拿起它们，把它们放在一起，将它们与他带来的电机结合，并在现场组装完成的机电设备。他按下一个开关，设备就活了过来，按照设计的功能运行。

康科罗认为这是他所看到的最开放的成功之一。

这个例子继续影响着他对增材制造的看法。这将影响到他对技术发展的预期。他说，使用增材制造的方法——真正实现其潜力的方法——不是把它看作制造零件的方法，而是制造成套设备或系统的方法。如果以其他方式制造机电设备的组件，就需要C&A工具内部的独立部门，甚至可能需要供应链。但有了加法制造，一台机器就能制造一切。不，更好的是，一个循环就能创造一切。

康罗说，这表明添加剂制造和CNC加工之间的关键差异。加工是制作一部分的方式，例如齿轮。他说，添加剂制造是制作整个齿轮系的方式。