混合制造，困难还是简单？

　　提到增材制造，我们很容易会想到粉末床聚变（PBF）。与这种我们更熟悉的工艺相比，定向能量沉积（DED）工艺有什么不同呢？为实现更好的服务效果，大多数工业应用都可由一种或另一种工艺来完成。两种工艺之间不一定互为竞争关系。PBF 工艺是立体光刻技术和增材制造技术的延伸。这两种技术最初用于塑料和聚合物，近来也已应用于各种金属。DED 工艺可与传统焊接工艺自动化相媲美。

　　DED 应用通常涉及更复杂的几何形状，趋向于多轴构建。保持能量沉积与零件表面垂直是构建成功的关键。除构建新组件外，DED 工艺还特别适于修复、修改现有的部件和模具。PBF 工艺在这方面效果不佳，因为它不能与复合基板或起始板一起应用。而DED 工艺在机床的助力下，可实现焊接技术无法实现的精度和控制。

　　还有一个挑战就是找到能熟练的焊工。使用数控设备，可以控制沉积速率、位置精度、沉积方向和焦距，从而形成理想的熔池，最终形成具有可忽略小洞及接近天然材料特性的组件。

　　后处理和仿真是关键

　　虽然工具路径生成在DED 工艺中至关重要，但也不应忽视后处理和模拟任务，它们对实现安全可靠的处理效果至关重要。

　　多轴后置处理器是对传统减材制造技术的一大挑战，但对增材制造机床的要求则更多，除了需要机床轴向控制，还需要监测和控制的工艺参数。此外，与减材工艺相比，增材工艺更严苛，需要更高的应用控制。即使有些参数（如进给速度、主轴转速甚至切削角）的设置值并未达到理想值，铣削工艺仍然可以制出合格的零件。但如果焦距、沉积速率、气体压力等参数设置不正确，增材制造流程可能失败。上述这些参数通常会被存于CAM 软件数据库中，与机床和沉积材料数据同步更新。

　　后处理器通常是与能识别增材制造中其他问题的模拟程序相匹配的。这一点很重要，因为在激光开始工作时，我们很难直观地观察到真实的构建过程。所需的短焦距和相对较大的沉积喷嘴尺寸沿着工件的几何形状运行时，会产生影响工艺效果的干涉区。沉积喷嘴造成的干扰，可能比类似情形下铣削主轴夹具造成的干扰还要多。铣削主轴夹具之所以设有多种长度和直径，部分原因就是为了防止此类麻烦。

　　还需要考虑用于创建一台混合机床的改装硬件。我们通常是将沉积工艺的硬件加到一个现有机床平台上的，很可能产生轴和旋转角度限制。

　　用于DED 工艺的先进CAM 软件

　　Open Mind 技术公司的hyper MILL 虚拟加工系统，将后处理器和模拟器组合起来，解决了这些问题。再加一个数控优化器模块，就可以完整检查机器性能，改进数控代码。这套系统将G 代码指令和整个工作环境进行比较，对整个制造过程进行精确的碰撞检查。

　　在一个案例中，在铣床主轴右侧4 英寸处装上增材输送系统，剩下的轴行程是不均衡的，有一个比正X 范围更大的负X 范围。这种明显的局限性可以通过hyper MILL 虚拟加工系统来克服。该系统可以检查所有的限制参数，检查加工代码，选择更有利于一侧或另一侧的加工代码，调整旋转轴以实现预定效果。该系统可以在一个完整的长数控编程中，不断核验激光运行期间的指令，以确定首选解决方案。

　　在一些五轴机床上，旋转运动是发生在机头而非零件上的。多数情况下，旋转运动被限制在一至两转，以避免在机头内部布线这样的复杂化问题。如果采用增材设备改造此类型机床，那么刀具轨迹运动必须控制在旋转轴限制范围内。hyper MILL虚拟加工模块可以修改通用刀具路径，以满足这些机床限制。也可以再一次采用数控优化器，提前确定工具路径中的首选位置，以激活复卷功能，停止激光运行，保持构建期间DED 流程的一致性。

　　还有一种颇受好评的DED 工艺，是在多轴机器人末端加上沉积喷嘴。这种机器人重量很轻，通常是机床解决方案的低成本替代品。如果需要，还可以将机器人封在一个密闭环境中，来进行增材制造。举个例子：某些材料（比如钛）通常需要在受控环境下操作，才能保证安全加工。五个控制轴足以定义一个点和矢量。机器人通常配有更多的轴，通常八个以下。需要一些限定了范围、关节和奇点的轴来支撑系统。针对机器人解决方案，hyper MILL 系统会输出一个五轴中性文件，然后用接口模块将这些制造数据、部件模型、参数和机器部件传输到机器人解决方案上。在这些案例中，hyper MILL 仍会提供刀具路径信息、碰撞检查及制造参数。