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▲哈默MPA42将增材堆叠与高精度加工两相结合。
 

　　哈默公司全新的MPA42实现的目标听起来似乎很矛盾：毛坯件离开加工区域时，质量非但没有减少，反而明显增加。“MPA”这个简称揭示了它的工作原理：“Metal-Powder-Application(金属粉末应用)”，这是一项哈默公司在大约七年前开始研发并推向市场的工艺。通过新一代的机床，堆叠式制造工艺在精度和速度上有了显著的提高。
 

　　新的MPA42机床位于地处德国奥托布伦市(Ottobrunn)的哈默机床制造有限公司(HermleMaschinenbauGmbH(HMG))。这家公司是我们德国贝托特·哈默机械制造股份公司(MaschinenfabrikBertholdHermleAG)的全资子公司，自2009年起在德国巴伐利亚州开展业务，经过多年，它已经发展成为一家增材制造的服务提供商。
 

　　HMG公司总经理鲁道夫·丹特(RudolfDerntl)打开了MPA42机床上隔音罩的门，门后隐藏着一台经过大量改装的C42U五轴加工中心。在主轴旁边，有一个喷嘴伸向工作区域，但没有看到冷却润滑剂喷洒装置。“拉瓦尔喷嘴以加速度喷出粉末，并将粉末直接涂抹应用在夹持着的金属毛坯上。”丹特解释说。
 

　　超热蒸汽和氮气与喷嘴的几何形状一样重要，它们将粉末加速到超音速，并在冲击时通过变形进行粘结。在设备的后部，安装了一台蒸汽发生器和五台粉末输送机，所有的应用材料和坯料必须具有相同的延展性能。
 

　　“由于应用的原理是塑性变形，所以它可以与各种金属一起工作。因此，半成品的表面也必须具有延展性。”这位总经理指出。除了含碳量高的热成型钢和冷成型钢外，还使用了铜和耐蚀耐热铜合金。
 

　　用于注塑模具的材料混合
 

▲铣出口袋后，C42UMPA将铜粉涂抹上去，随后，多余的材料再次被去除。
 

　　铜的散热速度明显快于加工工具钢，因此，对于注塑模具的设计来说，钢和铜的材料组合具有决定性的优势：“通过增材制造，我们将铜引入到模具中那些没有冷却通道空间的部位。在注塑过程中，铜芯将热量传导到近的冷却通道，比钢的速度快得多。这样就为用户节省了宝贵的几秒钟的冷却时间，并提高了塑料件的表面质量，”丹特解释说。
 

　　加工中心的五个轴允许粉末几乎以任何角度喷射向零件，从而提供大的设计自由度。有了这项技术，冷却通道可以直接建在毛坯的曲面上，因此，较大的注塑模具也可以得到充分的冷却，而不必对整个零件都使用堆叠制造。
 

　　唯一的限制是C42U的工作空间。“根据几何形状的不同，增材工艺的尺寸限制是长、宽各600毫米。但通常情况下，零件都比较小，”丹特解释说，这台机床也特别适合生产圆柱形或锥形零件，比如冷却的预腔喷嘴。通过在旋转的零件上涂抹材料，有效地填充口袋和管道，然后用工具钢封闭起来。
 

　　除了实现高效冷却外，MPA工艺还提供了实现其它一些有趣的应用可能性。许多材料通过这种冲击压实的方式之后，零件表面可以顺利地打磨出高光泽度。因此，HMG公司甚至可以满足用户对注塑模具的高要求。
 

　　通过使用MPA工艺，加热丝或腔体温度监测传感器等功能元件也可以嵌入到钢或铜之中，从而集成到模具中——完美的变温控制。除注塑外，MPA技术在其他应用中也得到了回报。“以集成加热元件的胶水喷嘴为例，通过模具中的传感器，粘合剂在整个喷嘴宽度内都可以保持理想的加工温度。通过这种方式可以实现真正的温度控制。”鲁道夫·丹特解释说。
 

　　了解哪些材料组合是合理的，如何实现冷却通道和功能元件的效果，以及如何设计一体式模具：这是HMG公司的优势所在。“我们卖的不是机器，而是技术。”总经理表示。这支来自奥托布伦的团队为模具设计者提供建议，建立3D模型，并使用冷却通道、功能元素，或多材料组合来优化使用该模型制造出来的注塑件。“我们正在寻找缩短周期时间和提高零件质量的方法，而这是使用其他技术难以实现的。”丹特说。
 

▲粉末输送机安装在设备的后部，可以方便从外部重新装填。
 

　　用来涂抹和去除的软件
 

　　应用工程师可以使用自己的CAM软件生成机床控制代码，它不仅定义了路径运动，还定义了粉料数量、指定温度，以及材料在堆叠和铣削之间的交替。“由于没有一家CAD/CAM制造商能够绘制特殊的交替过程——铣削、堆叠、铣削——于是我们编写了自己的软件。作为一个额外的好处，我们现在可以及时满足客户的特殊要求，"总经理说，专家们就在隔壁坐镇。
 

　　前期工作完成后，客户将他的毛坯寄给HMG公司。“在95%的情况下，我们使用的是客户在自己的铣床上准备好的半成品零件，”客户顾问奥利佛·穆勒(OliverMüller)解释说。
 

　　该零件在运抵奥托布伦时已经预制了冷却通道或口袋，HMG的团队检查毛坯的尺寸精度，以及是否符合设计规格。“比如说，口袋必须没有斜面，”穆勒说：“我们需要锋利的边缘来进行粉末应用。”
 

　　现在，热潮来袭
 

　　▲为了达到的机器利用率，在生产开始前，半成品零件在加热站中被加热到工艺温度。
 

　　在开始加工之前，零件在加热站中被加热到约300摄氏度，尽管该过程不涉及焊接，但它需要高温，为了获得更好的延展性能，必须对基材和金属粉末进行加热，蒸汽提供了加速粉末的能量。当这两部分都通过喷嘴时，粉末达到工艺所需的超音速。
 

　　为了在加工过程中保持温度恒定，MPA42会继续加热零件，直到后一个屑片被去除。“通过这种方式，我们可以防止温度梯度造成的张力、撕裂或变形。”鲁道夫·丹特澄清说。
 

　　在生产制造的过程中，材料的涂抹和去除交替进行。涂抹粉末后，再在新的材料中铣入精细的细节，冷却通道中填充水溶性金属材料，并通过MPA工艺用一层钢来进行封闭。"随后，我们会在水浴中冲洗出填充材料，以获得所需的腔体，"穆勒解释道。粉末喷射器可以实现每小时200到400立方厘米的堆叠速度，而对于铜甚至可以到达近1000立方厘米。
 

▲在冷却通道中注入水溶性金属粉末后，再涂抹下一层金属粉末。
 

　　"有了这新机床，我们保持在时代的先端，把MPA技术提升到一个新的性能水平。而这，正是我们服务的核心。"总经理强调。对他来说，重要的是在公司内部规划所有流程——从咨询、优化和可行性测试，到材料检验，以及终的质量检查。"这让我们可以未雨绸缪，保护我们自己和客户的专有技术。"
 

　　哈默机床制造有限公司(HMG)位于德国慕尼黑附近的奥托布伦市，是德国贝托特·哈默机械制造股份公司的子公司。他们专注于代工制造领域新技术的基础研究和开发。这几年来，我们还利用我们的专利MPA工艺为大批量零件的生产提供拓展衍生的生产能力，这是一项为哈默客户提供的专属服务。