Ulli Clauß说，“在生产模型和原型件方面，3D打印技术的不断发展让我们获益匪浅。”Ulli Clauß和Rico Clauß兄弟两人是该公司的第三代管理人，将增材制造技术用于他们的生产中。Rico Clauß补充说：“在购买第一台塑料模3D打印机后，我们很快意识到增材制造技术在金属原型件生产方面的潜力。”

 粉床式增材制造技术的新潜力和工件的新几何

Modellbau Clauß已使用五台DMG MORI机床，现在又新增加DMG MORI的3D 打印技术。Ulli Clauß说：“第二代 LASERTEC 30 SLM是对我们现有机床理想的补充。”这款粉床式增材制造机床的成形区达300 × 300 × 300 mm，可用于生产形状非常复杂和镂空的工件，例如铝或钢的材质。“这种几何造型无法用减材技术实现。”结合3D打印与DMG MORI的5轴加工技术可对增材制造的金属工件进行精加工，以前无法想象可以实现这样的工件。

Rico和Ulli Clauß看到用粉床式选择性激光熔融技术生产复杂几何形状的巨大价值：“该技术可以满足极复杂工件的要求也可以开拓新业务。例如，现在用该技术生产碳纤维轮辋的模具。”现在，我们用第二代 LASERTEC 30 SLM满足随形冷却道的制造要求。”

 rePLUG在2个小时内安全地换粉

Modellbau Clauß购买的第二代 LASERTEC 30 SLM共配三个rePLUG粉料模块。Ulli Clauß解释说：“因此，我们随时可用不同的金属粉料。”在两个小时内，机床操作员可完成各个粉料模块的更换操作，完全避免污染。Rico Clauß发现封闭式粉料循环的优点：“封闭意味着完全安全地操作粉料。”

脱机编写工件程序，并将程序传输到CELOS APP应用程序RDesigner中。在用户友好环境中用CAD数据进行CAM编程。

 创新和功能全面的CELOS软件解决方案

第二代LASERTEC 30 SLM配DMG MORI特有的控制系统和用户界面CELOS。对于几何形状非常复杂的工件，进行脱机编程，编程后将程序传输给机床。Ulli Clauß介绍机床在日常使用中的情况，他说：“这是完全开放的系统。也就是说，可以单独调整机床的全部设置和参数。”在CELOS APP应用程序中，RDesigner是其中基于CAD模型的CAM编程软件。也能用其进行发热计算。在成形前，用其计算质量分布并自动调整激光参数。CELOS的“任务管理”APP应用程序提供与机床和任务相关的全部参数，包括基于摄像头的测试和检测各工件层错误功能。

用粉床式增材制造技术轻松成形几乎全部镂空结构。

Modellbau Clauß用显微镜检测粉床工艺成形工件的结构致密性。

 借力增材制造领域的专有技术推出新业务

Modellbau Clauß在3D打印领域积累的经验，特别是粉床工艺经验和上下游的技术能力，例如设计和后处理，为公司的未来发展打下坚实基础。增材制造技术尚未应用于全部开发环节，Ulli Clauß说：“我们希望让客户了解到增材制造技术提供的设计自由和优化工件的潜力。”

Modellbau Clauß用SLM增材制造技术生产形状复杂的原型件。

来源：DMG MORI

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用于涡轮机和其他机器的整体叶片转子（IBR），包括叶轮、叶片等是复杂几何形状的组成部分。IBR的设计、结构和材料通常决定了涡轮机的运行极限。多年来，为开发新的合金、新的制造技术和新的部件设计，Hamilton Sundstrand作出了大量的努力，从而使得这些新的部件允许在更高的操作温度下操作，并且这些转子重量更轻、寿命更长。

传统上，为了减轻重量，一些燃气涡轮发动机中的风扇叶片是空心的。每个风扇叶片由两个单独的部分组合而成。每一半包括多个腔体和肋结构以减轻重量，并且形成结构合理的内部结构。一半形成压力侧壁，另一半形成吸力侧壁。压力侧壁和吸力侧壁被肋分离并支撑以形成中空风扇叶片。然后中空风扇叶片在非常高的温度下经受成形操作，被赋予翼型的几何形状。侧壁呈弯曲轮廓以形成翼型。然后通过激光焊接或其他连接技术将叶片固定到轮毂或其他元件上。

通过3D打印增材制造IBR是充满挑战的，包括如何实现完全平衡的叶片中心，以及如何直接在毂上精确地形成中空空间。此外，热应力引起在制造过程中形成的各个层的变形是另一大挑战，由热应力引起的变形可能非常大以至于不利地影响甚至阻碍后续粉末层的沉积。根据3D科学谷的市场研究，单纯通过3D打印的方法来制造IBR，目前并没有很好的解决方案。

Hamilton Sundstrand开发出通过混合增材制造技术来制造包括毂和多个中空叶片的整体叶片转子的方法。从轮毂的径向向外表面连续向外连续地形成多个分段层。在形成多个中空叶片的同时，还在多个中空叶片中形成一个或多个空腔。

 图：具有中空叶片的整体叶片转子的平面图

图：具有中空叶片的整体叶片转子的一个叶片的平面图

 图：根据另一实施例的整体叶片转子的中空叶片的平面图;

 图：根据另一实施例的整体叶片转子的一部分的侧视图;

混合制造技术，涉及到增材制造技术和减材制造技术的协作。由于目前还没有具体的解决方案可以通过单独使用增材制造工艺来制造中空整体叶片转子IBR，所以混合增材制造技术成为“另辟蹊径”的一条思路。根据3D科学谷的市场研究，Hamilton Sundstrand采用的是DMGMORI的SAUER GmbH工厂所提供的混合增材制造设备，可以在工件的相同位置来进行激光金属沉积和五轴CNC铣削的加工作业。

不过这个过程是充满挑战的，在增材制造过程中需要充分减少被困的粉末，而在减材制造过程中则需要清除断屑，以避免沉积在空腔中。

此外，对于粉末的均匀性也有一定的要求，粉末颗粒的大小和形状可以通过将颗粒通过滑槽分离器，旋转分离器或其他分选装置进行分选来控制。

参考资料：US 9914170B2

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如今，这家不断创新的轴承界巨头正在于机床界巨头德马吉森精机（DMGMORI）合作，将混合增材制造技术应用到梯度合金轴承的制造中来。

作为两家公司合作项目的一部分，舍弗勒(Schaeffler)和德马吉森精机(DMG MORI)正在开发增材制造工艺，以生产梯度材料制成的滚动轴承零件。该项目采用的是DMG MORI的Lasertec 65 3D混合增材制造设备，该设备将激光沉积焊接与五轴铣削相结合。

舍弗勒正在内部扩大增材制造的应用领域，首次将粉末床金属3D打印工艺与Lasertec 65 3D混合增材制造工艺结合。舍弗勒选择Lasertec 65 3D的部分原因是这台设备的堆积率和可选用的材料的灵活性。此外，集成的五轴联动加工功能可以在单个装夹过程中生产出成品零件，这是Schaeffer认为可以进行批量生产的一项功能。

Lasertec 65 3D混合增材制造设备配备了两个粉末进料器，可以在激光沉积焊接过程中有针对性地控制从一种材料到另一种材料的切换。根据DMG MORI的说法，这可以用来制造不同材料特性之间平滑过渡的分级材料。材料的韧性和硬度可以在过度的过程中进行调节，并进行最佳的分配以适合个别应用的特定要求。

舍弗勒和DMG MORI正在测试合适的材料，目的是利用激光沉积焊接推进滚动轴承部件的小批量加工制造的开发。 舍弗勒关注的重点是实现优化产品，为最终客户提供附加价值。

舍弗勒多年来一直积极参与电动车赛车计划，并在其“明日汽车”战略的框架内进一步改进电驱动。通过Lasertec 65 3D混合增材制造设备上使用这种材料渐变将创造激动人心的发展机遇。例如，磁性和非磁性材料可以通过渐变来组合，并且根据需要调整组件的性能。

舍弗勒还计划将Lasertec 65 3D混合增材制造设备整合到零配件、小批量系列和单件零件的生产中。

 3D科学谷REVIEW

众所周知，材料是限制3D打印进步的最大因素，而同时材料也是解放3D打印潜力的神奇钥匙。

而除了材料本身，加工工艺与材料深度结合起来，纳米材料增强合金、等轴细晶合金、梯度合金、非晶态金属、自愈合合金、超导材料、金属有机骨架材料的研发从微观层面上呈现出材料技术的潜能。

在由多种合金制成的零件中，通常需要用到钎焊的工艺。钎焊主要是通過加热到一定溫度使焊料熔化，从而把兩种一样材质或不同材质的金属连接在一起。钎焊时一般都发生母材向液体钎料的溶解过程，可使钎料成份合金化，有利于提高接头强度。钎焊时也出现钎料组份向母材的扩散，扩散以两种方式进行：一种是钎料组元向整个母材晶粒内部扩散，在母材毗邻钎缝处的一边形成固溶体层，对接头不会产生不良影响。另一种是钎料组元扩散到母材的晶粒边界，常常使晶界发脆，尤其是在薄件钎焊时比较明显。

2015年，美国宇航局（NASA）喷气推进实验室的科学家开发出一种新的3D打印技术，可在一个部件上混合打印多种金属或合金，解决了长期以来飞行器尤其是航天器零部件制造中所面临的一大难题。

多种合金的应用场景比较特殊，例如，一个零件的一侧要具备耐高温特性，而另一侧要具备低密度特性；或只能在一侧具有磁性。制造这样的零部件此前只能采用焊接的方法，先分别制造出不同的部件，然后再将它们焊接起来。但焊缝天然具有缺陷，容易脆化，在高强度压力下极易导致零件崩溃。当时NASA的3D打印技术，可以顺滑地从一种合金过渡到另外一种合金，此外，用它还可以研究各种潜在的合金。

具体到正文所提到的DMGMORI的混合增材制造工艺，NASA在2017年9月成功测试两种合金制成的3D打印火箭发动机点火器，该零部件由铜合金和Inconel合金制成，通过DMG MORI（德马吉森精机）开发的混合3D打印工艺生产出来，点火器部件的高度为10英寸、宽为7英寸。

通过3D打印过程将两种材料分散熔合在一起，两种材料内部晶粒产生粘结，使得任何硬质过渡都被消除，从而零件不会在巨大的压力和温度梯度变化下发生断裂情况。消除钎焊过程并将双金属材料制成单一组件，这不仅可以降低成本和制造时间，而且还可以通过提高组件的可靠性而降低质量风险。

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粉末床激光熔化技术补充了德马吉森精机现有的增材制造产品线，之前，德马吉森精机Sauer工厂的Lasertec 65 3D混合增材制造设备就是用于激光沉积焊接和铣削的。相当于是融合了DED直接能量沉积技术与铣削技术于一台机床中。

根据德马吉森精机Sauer工厂的董事总经理Patrick Diederich“机床作为长期投资的固定资产，投资回报率是考量购买决策的重要因素。以有竞争力的价格生产零件，这意味着机器必须是完全可靠的，并且可以达到部分或全部自动化，尽可能少的人为干预。”

Diederich认为增材制造与传统的加工技术相辅相成，不是用来替代传统加工技术的。事实上，他认为加工制造过程中不同加工工艺的整合以及与传统的机床（如铣削或车削中心）的互动，对增材制造的成功至关重要。像德马吉森精机这样的机床厂商根据机床的能力制造和设计零件，可以说将机床的能力推向极限，从而以最高的效率生产最好的零件。与此同时，增材制造另辟蹊径开创了使用传统机床无法制造的零件创新。”

增材制造技术的潜力巨大，Diederich比较了15年前我们看到的五轴同步铣削技术“我们当时都被五轴机床迷住了，”他介绍说 “当时只是意识到通过五轴机床，我们能够生产出新的和复杂的高品质零件。然而，没有人知道这项技术将如何深刻地改变制造业。我们曾经问自己五轴加工是有趣的，但是我们可以用来做什么？当时并没有清晰的认识。但是很快，设计师和工程师开始明白五轴带来了质量提高，成本降低，生产所需要的机器减少等。因此，公司开始围绕五轴机器设计产品。现在，增材制造也是如此。一旦公司开始理解如何根据金属3D打印机器的能力来设计零部件，其潜力将是巨大的。”

然而，目前在推广增材制造方面存在一些障碍。 Diederich认为，主要的障碍就是意识惯性。了解增材制造提供的可能性，关于材料和设计如何结合起来。设计用于增材制造的零件与传统的思路相差很大，传统机加工从固体钛块加工零件，产生大量的断屑，带来材料的浪费。此外，全球范围内已经建立了一个依赖于传统加工技术的知识库，包括制造规范方面，产品基本上与特定的材料建立了关联。这些材料可能不适用于增材制造。因此，企业必须改变关于现有的材料范围的意识惯性，尝试新的制造技术时不需要指定特定材料，而是指定特定的特性。

思维意识和机器本身的发展不仅有助于在当今制造环境中成功实施增材制造技术走向产业化。据Diederich介绍，还有另外两个重要因素决定了增材制造技术未来的成功：驱动和过程控制软件。

“借助西门子NX，我们有一个强大的编程合作伙伴，”Diederich解释说，“对我们来说，增材制造是另一个制造步骤，而不是一个单独的解决方案。任何进入增材制造设备的零件都将基于CAD建模数据。同样，当零件在增材制造设备上完成时，作业不会完成。后处理几乎总是必需的，因此在增材制造过程之后，零件需要进行机加工。所以贯穿整个制造过程的数据平台是至关重要的。”

此外，过程控制至关重要，Diederich说，“质量的一致性十分关键。因此，加工过程必须不断监测和控制。如果在航空航天工业中使用增材制造技术，这一点尤其重要。”

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军临城下，作为传统机加工行业的领导者德马吉森精机控股Realizer，3D科学谷认为一石激起千层浪，虽然收购金额上可能无法与GE相比，但这将是继GE收购Concept Laser和Arcam的又一台行业大戏。

图片：DMG业务收入，2015年23亿欧元, 来源DMGMORI Annual Report

相比于老牌的德马吉森精机，ReaLizer是一家年轻的企业，ReaLizer于2004年正式成立，主要产品包括SLM 50桌面型金属3D打印机，以及SLM 100，SLM 125，SLM 250和SLM 300 i工业级3D金属打印机。可使用材料包括铁粉、钛、铝合金、钴铬合金、不锈钢以及其他定制材料。

3D科学谷认为控股Realizer无疑是德马吉森精机进入粉末床增材制造技术的快速跳板，Bielefeld是与森精机成立股份公司前，原德马吉的集团公司总部，Bielefeld生产以车床产品线为主的机床产品。而随着与森精机的合并，德马吉森精机的合作优势越来越体现在德马吉的五轴铣床优势与森精机的车床优势相结合，Bielefeld工厂面临着新的市场定位的问题，而在Bielefeld工厂开设选择性激光熔化（SLM）设备的生产线可谓是一举两得，不但满足德马吉森精机进入新技术领域的需求，也满足了Bielefeld工厂多样化其产品生产线的需求。

图片：德马吉森精机的增材制造

控股Realizer的同时，DMG MORI也宣布开设新的开源创新数字化软件：ISTOS（ Innovative Software Technologies for Open Solutions）。目前，DMG MORI拥有ISTOS85%的股份。ISTOS的研发中心位于德国杜塞尔多夫，主要负责开发DMG MORI和其他合作伙伴的数字化生产项目。ISTOS将为连接DMG MORI的网络设备和集成的数字工厂之间起到纽带作用。ISTOS与西门子的PLM产品生命周期管理软件有什么样的区别？3D科学谷将继续进行深入了解。

德马吉森精机是一家什么样的公司？可能很多来自3D打印行业的朋友并不熟悉这家企业，但下面的视频或许有所熟悉，这家企业的技术在网络上被中国网友昵称为机械帝，其加工技术充分展现了机加工行业经历百年的发展所达到的令人叹为观止的精湛水平。

德马吉森精机在全球范围内拥有7000多名员工，在164个国家设有销售服务中心，其机床销售与技术服务收入在业务板块上几乎平分秋色。

金属3D打印行业，根据Wohlers报告，2015年3D打印的设备与材料销售金额为24亿美金，其中15亿美金为打印设备，7.7亿美金是增材制造材料的销售。仅从销售额来看，可以说2015年全球3D打印设备与材料的销售金额与德马吉一家企业的收入相当（不包括森精机）。可以说相比于传统制造行业，金属3D打印行业还处于起步阶段，而随着GE收购Concept Laser与Arcam，将从设备性能与市场应用两端发力，金属3D打印行业一方面迎来前所未有的市场空间，另一方面也将提升对企业竞争力的全方位考验。

图片：世界机床行业销量，全球673亿欧元市场份额，中国占比32%,来源：DMGMORI Annual report

3D科学谷认为，如果说之前像EOS,SLM Solutions这些纯粹的金属3D打印企业在中国还需要花上一段时间逐渐渗透市场并建立自己的服务网络，那么像雷尼绍、通快、德马吉森精机这些深耕于中国市场多年的企业在其产品线上加上金属3D打印这一环则是件轻松的事情，而随着德马吉森精机通过控股Realizer正式进入SLM金属3D打印领域，2017年国内的金属3D打印市场将开始面临从销售网络到解决方案以及技术服务等一系列全线竞争。

图片：世界机床行业预测，2017年731亿欧元机加工市场,来源：DMGMORI Annual report,数据来源：VDW，剑桥经济

DMGMORI的大股东中对冲基金埃利奥特（Elliott Management）管理公司的首席执行官亿万富翁Paul Singer占据显要的一席之地，而之前在GE收购SLM Solutions的案例中，正是Paul Singer将他在SLM Solutions的份额增加到了20%，他认为GE低估了SLM Solutions的估值致使收购中断。可以说从投资人这条线上，DMGMORI也与金属3D打印行业发生着一定的逻辑关系。

图片：DMGMORI股份有限公司投资人结构，Paul Singer占比15%

更何况，DMGMORI本身还开发了混合型增材制造设备LASERTEC 65 3D，5轴数控加工中心上组合激光沉积焊接的AM（增材制造）功能。适合加工的金属粉体材料包括不锈钢、难切削材料因康镍合金（镍基合金的一种）等。

3D科学谷认为，从技术角度上，我们将传统减材制造与现代增材制造区别开来，可以说技术类别上是泾渭分明的。而从市场竞争角度上，随着传统机床与增材制造或通过收购或通过在减材设备上增加增材功能，传统机床厂商大举进入增材制造领域将很快发生。因为，对于这些传统制造大型企业来说，增材制造将与减材制造形成完美的相互补充。相信不久，谁是传统设备制造商，谁是3D打印设备制造商，这条界线将不复存在。

参考资料：DMGMORI 2015 annual report
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德马吉森精机的5轴加工中心LASERTEC 65 AdditiveManufacturing具有激光沉积焊接的增材制造功能，, 是现有的数控切削加工和“增材制造（Additive Manufacturing, AM）”功能加以组合的混合型设备方案。新设备使用独特的粉末喷嘴，相比以往的金属粉末积层法最大可实现20倍的积层速度。

增材制造设备适用于飞机零部件和医疗设备零部件相关的复杂工件（加工对象物）制造与修理。激光沉积焊接采用2千瓦二极管激光，数控铣削加工和激光加工可完全自动切换，金属粉末由激光凝固完成积层，再进行数控切削加工。每小时的制造效率最大为3.5千克，料厚对应0.1mm-5mm。相当于传统数控加工和3D打印增材制造的结合，用增材制造的方法在一台机床上把形状“堆积”起来，再用数控加工的方法进行轻切，把多余的不符合精度要求的物料切除。

录像链接》
LASERTEC 65 3D
ALL IN 1: Laser Deposition Welding & Milling -additive Manufacturing in Milling quality

DMG MORI integrates for the first time the additive manufacturing into a high-tech 5-axis milling machine. This innovative hybrid-solution combines the flexibility of the laser metal deposition process with the precision of the cutting process and therewith allows additive manufacturing in milling quality.

The process uses the metal deposition by powder nozzle, which is up to 10-times faster than the generation in the powder bed.

Up to now additive technologies have been used to generate prototypes and small parts. By combining both, additive manufacturing via powder nozzle and the traditional cutting method in one machine, totally new applications and geometries are possible. Especially large workpieces with high stock removal volumes are now possible to be machined in an economical way. The flexible change between laser and milling operation allows the direct milling machining of sections which are not reachable anymore at the finished part.

3D科学谷编译自：www.dmgmori.com,欢迎转载并链接www.51chape.com