增減材復(fù)合機(jī)床是結(jié)合3D打印技術(shù)的新型機(jī)床，這種機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)一體化制造，能夠在航空航天以及軍工領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用。中國(guó)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出各種增減材復(fù)合機(jī)床，并取得了許多突破。
國(guó)家增材制造創(chuàng)新中心自主研發(fā)出一系列金屬熔絲增減材一體化制造設(shè)備，這些設(shè)備采用電弧、激光、等離子、電子束等作為熱源，通過(guò)熔化絲材，制造出金屬零部件，然后利用機(jī)器人或機(jī)床進(jìn)行機(jī)械加工，還可以修復(fù)受損的零部件。國(guó)家增材制造創(chuàng)新中心設(shè)備的用戶包括中國(guó)商飛、中國(guó)航天三院、宇通客車、中國(guó)一重、中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院、法國(guó)賽峰集團(tuán)等。
利用電弧金屬熔絲增減材一體化制造設(shè)備，采用自主研發(fā)的增材制造路徑規(guī)劃軟件和仿真模擬軟件，國(guó)家增材制造創(chuàng)新中心已經(jīng)制造出許多大型零部件，包括1.6米的高強(qiáng)鋁合金飛機(jī)翼肋、1米的高強(qiáng)鋁合金火箭燃料貯箱、銅合金船用螺旋槳等。
國(guó)家增材制造創(chuàng)新中心還用電弧熔絲增減材一體化機(jī)床，制造出國(guó)際首個(gè)采用增減材一體化制造技術(shù)的超大型環(huán)件。該環(huán)件為10米級(jí)高強(qiáng)鋁合金連接環(huán)，是重型運(yùn)載火箭的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件。由于采用增減材一體化制造技術(shù)，簡(jiǎn)化了制造工藝，不僅降低了成本，還提高了效率，使得10米級(jí)連接環(huán)的生產(chǎn)周期縮短至750個(gè)小時(shí)。
與其他增材技術(shù)相比，電弧熔絲具有成形尺寸大、設(shè)備成本低、材料利用率高、沉積效率高等優(yōu)點(diǎn)，但成形精度比較差，與機(jī)床結(jié)合，能夠彌補(bǔ)電弧熔絲的不足。
此外，國(guó)家增材制造創(chuàng)新中心利用錘擊強(qiáng)化、超聲輔助、隨形工裝、激光沖擊等技術(shù)，調(diào)控溫度場(chǎng)、變形與應(yīng)力，提高金屬的硬度、抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。
另外，國(guó)家增材制造創(chuàng)新中心自主研發(fā)出LMDH系列五軸增減材復(fù)合加工中心，集激光熔化沉積技術(shù)與車銑加工于一體，可以實(shí)現(xiàn)增材成形和減材加工的自由切換，確保加工精度和表面質(zhì)量，滿足修復(fù)再制造的需求。該機(jī)床采用搖籃式五軸結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)無(wú)支撐成形，能夠一體化制造高精度復(fù)雜的零部件，以及具有內(nèi)孔、內(nèi)腔、內(nèi)流道的零部件，機(jī)床定位精度為0.008毫米，重復(fù)定位精度為0.005毫米。
國(guó)家增材制造創(chuàng)新中心是由盧秉恒院士牽頭籌建的，盧院士被譽(yù)為中國(guó)3D打印之父。
盧院士青少年時(shí)候的夢(mèng)想是從事航天方面的工作，于是報(bào)考了北京大學(xué)固體力學(xué)系，但由于家庭出身不符合要求，最后，他被合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械制造專業(yè)錄取。本科畢業(yè)后，他被分配到三門(mén)峽中原量?jī)x廠做車床工人。
1979年，得知國(guó)家恢復(fù)研究生招生，他報(bào)考了西安交大機(jī)械專業(yè)研究生。當(dāng)時(shí)，他已經(jīng)成家立業(yè)，有兩個(gè)孩子，還當(dāng)上了廠長(zhǎng)，但仍然選擇回到學(xué)校學(xué)習(xí)知識(shí)。
1992年，他作為高級(jí)訪問(wèn)學(xué)者，參觀美國(guó)企業(yè)時(shí)，看到了3D打印技術(shù)，他敏銳地意識(shí)到這一技術(shù)的重要性?；貒?guó)后，已經(jīng)48歲的他決定改變研究方向，帶領(lǐng)4名博士生，把出國(guó)前剩下的十幾萬(wàn)科研經(jīng)費(fèi)全部用于研發(fā)3D打印技術(shù)。沒(méi)有資料，他們通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證技術(shù)的可行性。經(jīng)費(fèi)不足，許多零部件都是盧院士自己開(kāi)機(jī)床做出來(lái)的。買(mǎi)不起3萬(wàn)美元的激光器，他們就與西北大學(xué)合作，用了3萬(wàn)元人民幣制造出一臺(tái)紫外光激光器。進(jìn)口材料太貴，每公斤2000元，盧院士就和化工學(xué)院共同開(kāi)發(fā)出光敏樹(shù)脂，每公斤成本只要100元。盡管條件非常有限，但他們還是把3D打印機(jī)制造做出來(lái)。
如今，盧院士已經(jīng)70多歲，心臟還裝了五個(gè)支架，但依然在科研一線攻堅(jiān)克難，制造出10米級(jí)連接環(huán)，圓了航天夢(mèng)。
結(jié)語(yǔ)
增材制造技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，3D打印的重要性不斷提高。得益于中國(guó)科技工作者們的遠(yuǎn)見(jiàn)和努力，中國(guó)增材制造技術(shù)才能夠與其他科技強(qiáng)國(guó)站在同一起跑線上，中國(guó)增減材一體化制造才能夠取得突破。
