高端增材制造：3D打印為切削工具領域帶來哪些變革？

導讀：南極熊獲悉，根據SmarTech Analysis的 "2020-2029年一般工業(yè)和工具部門的增材制造的市場機會"報告（報告鏈接見文末），到2029年，用于工業(yè)制造的3D打印預計將產生54.8億美元的總收入。其中，切削工具的增材制造（AM）是一個正在持續(xù)獲得關注的應用。那么，3D打印又會為切削工具領域帶來哪些變革呢？

一：3D打印使大型切削工具更容易管理

制造大型部件（如汽車和航空航天業(yè)的部件）的一個缺點是，大型部件需要更大的切割工具。然而，由于這些工具也比較重，存在著主軸損壞的風險，或者工具在使用過程中可能會掉出機器。

南極熊獲悉，至少已經有一家公司通過3D打印找到了解決這一問題的辦法。Star SU Neher公司利用3D打印技術，使切割工具比非3D打印的工具重量更輕、性能更好、壽命更長。

△通過設計晶格結構，工具的重量可以減少30%之多。圖片由Star SU Neher公司提供。

Star SU Neher公司的一位工具設計師提到，增加內部晶格結構可以使他們的產品重量減少30%，而不會對扭轉強度產生不利影響。另外，該公司定制了他們的大部分切割工具，以滿足個別部件的需求，而3D打印有助于實現了這種靈活性。

該公司的3D打印切割工具持續(xù)時間更長的原因之一是加入了冷卻通道，這種技術越來越多地用于3D打印切割工具。通常情況下，這種通道是通過鉆孔創(chuàng)建的，然而這種方法的效果有限。有了增材制造，通道可以直接設計到零件中，提高工具的整體效率。增加的冷卻劑流量可以使金屬去除率提高30%。

△3D打印使得減少大型切削工具頭的重量成為可能，以限制機床零件的損壞或滑移的變化。圖片來源：Star SU Neher。

通過3D打印制造大型切削工具的并不一定比傳統(tǒng)制造方法更快。生產一個以其尺寸占據整個打印床的部件仍然需要長達24小時。然而，考慮到其他優(yōu)勢，追求3D打印往往會有良好的商業(yè)意義。

二：3D打印可以促進更好的耐磨損性

與某些行業(yè)的客戶合作的切削工具制造商，如石油、天然氣和國防行業(yè)，往往需要滿足其對耐磨工具的需求。切削工具制造商Kennametal專門生產由碳化鎢制成的產品。該公司有一個由WC材料制成的內部產品系列。與Star SU的應用類似，打印過程允許在工具內形成流體冷卻通道。由于增材制造的設計自由度，3D打印可以以其他制造方法無法完成的方式進行彎曲或分叉通道的制造。

△肯納金屬公司能夠3D打印帶有內部冷卻通道的鉆頭體。圖片來源：Kennametal。

雖然肯納金屬公司同時擁有金屬粘合劑噴射和粉末床熔化（PBF）兩種技術，但一些直徑為10毫米或更小的切割工具就只能依賴于粉末床熔融（PBF）技術。制造商們表示，這給他們提供了一種生產工具和滿足客戶需求的經濟方式。減輕重量也是一種可能。在一個例子中，用于電動汽車零部件生產的3D打印鏜孔裝置比用傳統(tǒng)方法制造的要輕15至20磅。

△3D打印使這種用于制造電動汽車零件的鏜孔工具的重量減少了15至20磅。圖片由肯納金屬公司提供。

三：3D打印幫助徹底改變了切削工具

采用3D打印制備切割工具還不是一種廣泛的做法，但它是一種值得探索的技術。就目前而言，3D打印通常比傳統(tǒng)方法更便宜，有時還更快，這要取決于應用對象。

增材制造不會很快取代生產大多數切削工具的常規(guī)方法。許多正在進行的努力仍處于早期探索階段，制造商也肯定會發(fā)現3D打印不適合生產特定切削工具類型的情況。

對于具有復雜形狀的工具來說，3D打印技術不失為一個特別好的候選方案。然而，當工件是具有相當規(guī)則幾何形狀的大型部件時，購買現成的這些部件可能比使用3D打印機來生產它們更有意義。

另一件要記住的事情是，由于3D打印作為一種工具制造方法是相對較新的模式，決策者可能想看看它是如何為類似公司帶來回報的，然后再決定是否投資。一旦他們看到結果，他們可能會更愿意逐步擴大這一過程。

相關報告地址：https://www.smartechanalysis.com/reports/market-opportunities-for-additive-manufacturing-in-the-general-industry-and-tooling-sector-2020-2029/