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Kiefer Schneider是一個積極的增材制造倡導(dǎo)者，但是他并不認(rèn)為它會完全取代工具構(gòu)建工藝中的加工，只是改善它。

“增材制造只是我們內(nèi)部的另一個工藝而已�！币患椅挥诩~約的精確塑料和金屬制品制造商Harbec的總經(jīng)理說。從20世紀(jì)90年代開始，AM就成為公司工具箱中的另一個工具，因此對其來說，不是什么新的、很有前途的技術(shù)。它能夠快速可持續(xù)地提供優(yōu)質(zhì)、公差小的原型、工具、加工零部件和注塑零件，已經(jīng)幫助擴(kuò)大了Harbec的能力、出售物和業(yè)務(wù)機(jī)遇。

讓公司引以為傲的是，他們可以在任何階段提供全面制造服務(wù)，幫助客戶解決產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)、原型或生產(chǎn)中復(fù)雜的工程挑戰(zhàn)， Schneider說AM是實現(xiàn)該目標(biāo)的關(guān)鍵。

公司總是會安排至少一名員工致力于AM的工作。該員工50%的時間是研發(fā)，嘗試開發(fā)能力，并學(xué)習(xí)公司可以將之用到什么地方。“我們已經(jīng)失敗過很多次了，但是也取得了很多成功�！盨chneider說。

圖1帶有隨形冷卻功能的增材制造模具和腔，被用于生產(chǎn)互動模型玩具。垂直墻上的指標(biāo)標(biāo)記是無法使用傳統(tǒng)加工方法生產(chǎn)的。此腔包使用鎳青銅材料，在EOS M270上生成

現(xiàn)在，Jeff Carson是Harbec的全職“增材愛好者”。這名機(jī)械工程師負(fù)責(zé)開發(fā)公司的最新增材技術(shù)及研究新技術(shù)，并展望未來。

公司于1996年首次投資AM，從DTM系統(tǒng)購買了一臺DTM 2500 Plus選擇性激光燒結(jié)(SLS)機(jī)床，用于生產(chǎn)塑料和金屬原型。現(xiàn)在，Harbec繼續(xù)使用AM，主要將之用于原型和生產(chǎn)模具，此外還使用一種EOS M270直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)系統(tǒng)及剛安裝的概念激光M2 LaserCusing機(jī)床。

這些增材技術(shù)讓Harbec能夠產(chǎn)生其使用傳統(tǒng)減法制造無法產(chǎn)生的幾何結(jié)構(gòu)。如果是模具構(gòu)建，它們可用于創(chuàng)建小型、內(nèi)部保形冷卻通道的模具。在零件制造中，它們可以產(chǎn)生高度詳細(xì)、成本效益高的零件，而使用傳統(tǒng)CNC方法生產(chǎn)時，昂貴且費時。

Harbec的優(yōu)點是復(fù)雜的。盡管使用增材生產(chǎn)類似零件在成本上不可行，但此技術(shù)能夠在生產(chǎn)少量復(fù)雜零件時提供優(yōu)勢。“復(fù)雜零件和工具昂貴，但是AM幫助我們以不同的方式處理此問題�！盨chneider說：“它使復(fù)雜不再是那么大的障礙，而且成本也不是那么高。更多的是關(guān)系到零件總量而不是與復(fù)雜性有關(guān)�！�

圖2 此拋光燈泡是采用17-4不銹鋼增材制造的。使用AM，不會增加額外成本，但是如果燈泡是CNC加工的，會比較昂貴

為了確定AM是否是解決特殊工作的方法，Schneider建議工廠審查以下三個因素：

1.零件復(fù)雜性。如果可以輕松加工或轉(zhuǎn)動零件，它可能不是增材制造的一個良好的候選選項。

2.材料。盡管有大量AM材料選項，它們?nèi)杂幸恍┚窒扌�，且有些材料無法用于增材制造。

3.公差。增材機(jī)床準(zhǔn)確，但是準(zhǔn)確度仍不如CNC加工。

AM對Harbec公司制造復(fù)雜物品、保持增長及改善結(jié)果和客戶定價的能力很重要。然而，公司還有一個巨大的機(jī)加工車間，因此，如果客戶對零件特定部分的準(zhǔn)確度要求高，就可以使用�！拔覀儠�對很多增材零件進(jìn)行二次加工。”Schneider說，“我們將利用增材零件，完成大部分加工，然后將之加載到CNC機(jī)床上，加工出任何公差小的特征。這些都與客戶提供的方案有關(guān)�！�

分析和評估

從最初開始報價時，Harbec公司就認(rèn)為AM是每個項目的解決方案。但是他們知道AM不是萬能的，所以采用了一個以客戶為中心的合作評估程序，識別每個項目的最佳制造方案。

“增材并不是萬能藥，而且我認(rèn)為有些人在這一點上有點迷失了。”Schneider繼續(xù)說，“從時間上看，AM贏了，但是從成本角度看，沒有多大效果。這就是我們開始分析的原因�！�

Harbec公司有四名項目經(jīng)理負(fù)責(zé)評估新工作。接到新項目后，項目經(jīng)理確定哪個工藝是最佳的，并與客戶一起節(jié)約資金，縮短交付時間�？蛻粢�求一般都是針對制造工藝的。“客戶可以生產(chǎn)增材成本較低的產(chǎn)品，但是他們想要處理加工表面。還有一些客戶想要更多EDM表面，促使我們選擇了AM�！盨chneider說。

例如，Harbec為客戶制造大量生產(chǎn)互動模型玩具的總成。模腔使用隨形冷卻，公司認(rèn)為模腔側(cè)的蝕刻無法使用傳統(tǒng)CNC加工完成。“我們與客戶討論3D打印，并決定擴(kuò)大模腔是最佳方案。”Schneider說，“我們已經(jīng)運行該工具幾天了，并且今天仍在運行�！�

圖3 Harbec使用DMLS創(chuàng)建原型、生產(chǎn)和模制零部件。這里顯示的為，EOS M270機(jī)床完成生產(chǎn)鋼零部件的結(jié)構(gòu)布局

從ABS到鋼

Harbec內(nèi)部具有金屬和塑料增材制造的能力，并將此能力組合到其原型和模具建設(shè)的所有方面，能夠為客戶提供增值。

“我想要告訴人們，來到我們公司，我們就會負(fù)全責(zé)�！盨chneider說�！拔覀兇蠹s在14年前，就開始塑料增材制造，因此我們處于前端�，F(xiàn)在，此技術(shù)應(yīng)用行業(yè)非常忙，因此這是我們業(yè)務(wù)中的很大一部分�！�

大部分Harbec的AM業(yè)務(wù)是原型零件，從三五個到20~30個。公司可以通過增材制造，降低需要大量加工設(shè)置復(fù)雜零件的成本。

但是，在模具構(gòu)建中，Harbec找到了其未來AM服務(wù)的發(fā)展前景，因為它可以以這種方式生產(chǎn)核心模具和腔，為客戶節(jié)約成本。此外，公司正在為客戶探索生產(chǎn)短期原型的塑料模具，從而驗證設(shè)計和機(jī)械的完整性。

“我們使用AM生產(chǎn)完整的腔，每個東西，除了工具框架�；�本上講，作為模具的一部分，工具末端與模制零件和樹脂連接�！盨chneider說。

Harbec還使用AM生產(chǎn)量產(chǎn)腔或模具。“我們正在討論生產(chǎn)工具，而且這也是隨形冷卻縮短循環(huán)時間發(fā)揮作用的地方�！盨chneider說，“如果您縮短循環(huán)時間，而且您只想模制幾百個零件，好處沒有這么大。但是，如果您正在模制幾十萬或幾百萬個零件，時間差可能產(chǎn)生顯著影響�！�

公司的使命是提供各種滿足客戶需求的方案，無論是用于塑料模具、鋁模具還是鋼模具，而這往往取決于零件質(zhì)量的要求。

Harbec提供的方案之一是使用Xyloy金屬合金進(jìn)行直接金屬模制，這是其用于生產(chǎn)金屬零件注塑的新技術(shù)，其生產(chǎn)率和成本效益比傳統(tǒng)模鑄或CNC加工高。此許可工藝生產(chǎn)的零件與模鑄的類似，但是無模鑄產(chǎn)生的任何缺陷，Schneider說�！盎�本上講，它是一種使用專有加熱器和控制器改裝桶的注塑機(jī)器。它在模制鋁和鋅時，與熱塑性樹脂一樣。它將熔化的材料噴射到桶外，在模具中冷卻，然后出成品。無傳統(tǒng)金屬注塑(MIM)工藝的次級滲濾工藝�！�

產(chǎn)生的零件尺寸公差為±0.001?in(1?in=0.0254?m)，不閃光，因此在部分情況下，無需二次加工�！白鲞@方面的人不多，因為這不是一件輕松的事。”Schneider說�！拔覀円呀�(jīng)使用此工藝大約三年了。我們還是想提供更多方案�，F(xiàn)在，市場相當(dāng)小，但是正在發(fā)展�！�

Harbec用于此工藝的金屬模具從高強(qiáng)度熱處理鋼材料(持久性優(yōu)于H13)出現(xiàn)疊加性增長。此模具的腔和插件具有隨形冷卻通道。

公司近期采購的Concept Laser M2被用于生產(chǎn)隨形冷卻的模具插件。Schneider說，此機(jī)床對精細(xì)細(xì)節(jié)有效，且還可以運行鋁，這是Harbec現(xiàn)在重點關(guān)注的材料。

“我們正在期待，帶有隨形冷卻的鋁模具出現(xiàn)疊加性增長�！彼�說，“鋁的導(dǎo)熱率比鋼高很多，想象增加隨形冷卻到其中。我們還計劃運行鈦和各種鋼�！�

業(yè)務(wù)好處

Harbec公司還想稱贊AM與可持續(xù)性、實時合作及快速制造方案有關(guān)的新方案。

可持續(xù)性和增材齊頭并進(jìn)，且產(chǎn)生的廢物很少。增材工藝僅使用生產(chǎn)零件需要數(shù)量的材料，且未使用的粉末將再循環(huán)。傳統(tǒng)的減法制造最初是準(zhǔn)備大量材料，然后逐步清除材料，直到生產(chǎn)出成品零件。被清除的填料用于填埋、熔化和再循環(huán)，然而這需要大量能量。因此，AM降低材料消耗量和整體能耗。在一些情況下，使用AM而不是EDM，Harbec還能夠省電。

此外，AM還幫助支持Harbec公司的實時協(xié)作。項目團(tuán)隊合作實時審查、檢驗甚至修改固體3D模型， AM工藝是此審查程序的一部分。在召開啟動會議后，3D打印小組打印了將制造的零件的模型。這成為構(gòu)建過程中的一個有益的參考工具，用于識別存在問題的領(lǐng)域，還消除任何通信障礙。

AM還與Harbec的快速制造方案(QMS)完美融合，能夠處理創(chuàng)建原型和原型工具很重要的情況。據(jù)Schneider說，公司一般會使用AM，在三五天內(nèi)得到金屬或塑料原型零件，這么快的周轉(zhuǎn)時間很難使用CNC機(jī)床實現(xiàn)。

此外，與加工結(jié)合，它需要時間將材料放到內(nèi)部，編程、設(shè)置并加工零件。使用AM，Harbec庫存了大量材料，且有些會在30?min內(nèi)生產(chǎn)出零件并讓其在機(jī)床中運行。

Schneider說，AM還使Harbec能夠完成他人無法完成的工作�！拔覀冇袀�客戶，想要一個尼龍材質(zhì)的大型厚壁零件，是一種收縮率相當(dāng)高的材料，而且想要保持準(zhǔn)確度，從而使O型圈產(chǎn)生密封效果。此零件厚度為0.375?in(1?in=0.0254?m)，收縮可忽略。我們用多種方式研究了此問題，并最終選擇使用隨形冷卻模制此零件，從而使我們能夠大大縮短循環(huán)時間�！� Schneider說，在這種情況下，AM提供了一種模制準(zhǔn)確零件并縮短循環(huán)時間到客戶可接受水平的解決方案�！叭绻�采用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)這種零件，循環(huán)時間會長很多，但我們還無法保證在公差范圍內(nèi)。”

并行運行

Harbec公司認(rèn)為AM在公司的哪些地方有用?“我們想要讓10臺機(jī)床在我們的所有工藝中運行模具，而且我們正在致力于實現(xiàn)該目標(biāo)�！盨chneider說。但是，這不意味著公司計劃降低其加工能力。Harbec的最大機(jī)床工廠緩解了員工的擔(dān)憂，使用AM會導(dǎo)致從工具構(gòu)建工藝中刪除傳統(tǒng)加工。反之，公司認(rèn)為AM將與傳統(tǒng)加工并行運行，幫助更快地構(gòu)建更好的工具。