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EMO打造未来机具 国际聚焦积减法制造
 

【作者: 陳念舜】2016年05月30日 星期一

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虽然近年来属于3D列印工法之一的金属积层制造(Additive manufacture ,AM),因为相较于塑胶材质,更接近工具机及终端加工业者习惯;且同样可提供一个快速实现复杂成型的途径,达成较佳设计自由度和零件的复杂性,而备受外界期待。惟因其最终精度还是不及于传统CNC工法,恐导致工件、产品表面品质易受影响;加上企业导入成本与生产效率仍无法克服,在过去一段时间以来发展缓慢。


然而,甫于去(2015)年落幕的欧洲工具机展(EMO)则揭示了另一种可能,其不仅以「Let's build the future(打造未来机具)」为主题,由CECIMO(欧洲工具机业合作委员会)官网及发行的相关资讯则可见,未来制造面临的挑战之一,将是金属积层制造(加法)与传统切削、移除素材工法(减法)之混合,期待仍借此实现更高水准的加工一致性和准确性,生产要求精确的零件与产品;诸多参展的欧日工具机及零组/配件大厂,也首度将积层制造列入摊位主题,预料​​将成为未来数届国际工具机大展主流。


财团法人精密机械研究发展中心(PMC)工程师吴仲伟认为,过去3D列印技术多指塑胶材质,但在此则特别意指用雷射烧结金属粉末,再层层堆叠成型;且在CNC工具机上,直接改将雷射源整合于刀库,只要同一部工具机的Z轴摆头就能分别进行积层制造与五轴车/铣削加工,先堆叠再逐步移除材料,毋须搬运至其他机台生产,影响加工精度与效率。


聚焦积减混合制造 欧日大厂军备展示

估计该突破以往思考的制造方式,将会改变现有加工程序及机器结构,去年EMO实机展示或是以书面资料展示的欧、日系工具机及零组/配件业者,便有MAZAK、DMG MORI、 IBARMIA、HERMLE等大厂。


其中,IBARMIA新发表积层、车铣复合混合加工机,便将功率3kW雷射源整合于刀把系统,机器设计时须考量雷射使用,与金属粉末能否妥善分布于工件表面。 MAZAK以车铣复合机为主体架构,再纳入积层制造制程,而成为混合(Hybrid)多工序工具机,具体呈现了混合制造的程序及概念。HAMUE公司推出的HSTM混合工具机,则是专门用来进行涡轮叶片与风扇修补、再制的专用设备,透过不同加工刀具、测头与雷射模组,可提供高速铣削、3D扫瞄/检测、雷射熔覆、去毛边/抛光、标签等不同制程功能。



图1 : 此直接在CNC工具机上将雷射源整合于刀库,分别进行积层制造与五轴车/铣削加工的制造方式,将会改变现有加工程序及机器结构,去年在EMO以实机或是书面展示的工具机及零组/配件业者,便有MAZAK、DMG MORI、IBARMIA、HERMLE等大厂。 (摄影:陈念舜)
图1 : 此直接在CNC工具机上将雷射源整合于刀库,分别进行积层制造与五轴车/铣削加工的制造方式,将会改变现有加工程序及机器结构,去年在EMO以实机或是书面展示的工具机及零组/配件业者,便有MAZAK、DMG MORI、IBARMIA、HERMLE等大厂。 (摄影:陈念舜)

现场还可见到展示的专用模组产品,显示供应链逐渐成型。如AMBIT多功能系统,即包括一个具备标准刀把的雷射头,可以安装于任合工具机主轴上,只要透过调整雷射功率与供粉,就可提供3D沉积、熔覆、标签、切割、钻孔、预热、退火/应力消除、表面再熔化及清洁等制程功能。且在美国国家积层制造创新研究院America Makes支助下,Optomec公司开发出LENS列印引擎(LPE)的积层制造模组,可以搭载在传统CNC工具机或机器人、客制化门型衍架、桌上型设备上,成为具备积层制造能力的系统。



图2 : Optomec公司开发出LENS列印引擎(LPE)的积层制造模组,可以搭载在传统机台上,成为具备积层制造能力的系统。 (So​​urce:http://www.industryweek.com)
图2 : Optomec公司开发出LENS列印引擎(LPE)的积层制造模组,可以搭载在传统机台上,成为具备积层制造能力的系统。 (So​​urce:http://www.industryweek.com)

目前在应用领域上,积层制造虽仍以原型打样、客制化产品、复杂型工件为主。工业应用市场,则以航太、生医、能源等领域居多,现已有工业零件厂商投入设计冷却流道,如MAPAL刀具厂便发表以积层制造生产的刀把;HERMLE也在宣传文件上,提供模具冷却流道的混合制程。期待未来工具机,或许可以发展出类似半导体的微机电制程,将复杂的机构于机器上直接完成。


值得一提的是,相关技术除了雷射烧结元件外,还有与制程相关的控制器,Siemens公司在去年EMO现场,便特别借其840D sl机种展示相关功能,可用于轻量、复杂结构或整合型元件的原型制作与小批量生产、损坏或磨损元件修复、对工件表面进行部份或全面镀层;且后续搭配的CAD/CAM软体发展,也值得观察。


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