常规加工 | 新生产工艺助力工业发展

自19世纪末以来，工业主要致力于产品的大规模批量生产。那时的业内人士认为只有需要大批量生产的产品才值得投资昂贵的自动化系统。产品的外观由大量购买或出售产品的人决定。

为了满足用户各自的操作标准，为他们设计出最佳的产品，德国泵制造商KSB公司的工程师们从20世纪30年代开始研发选型图。对于制造商而言，该系统的缺点在于，需要对它进行高效的复杂性管理才能获得经济上的成功。看看今天的KSB网店，展示了那么多种可供选择的不同的离心泵配置选项。

在激光熔融系统中打印出两个具有精确轮廓的高密度零件。

然而，未来的泵厂将远远超出这样的多样化选择，提供更多不同于标准化设计的产品形式。目前的传统生产方法的可能性受到了经济可行性和技术可行性方面的一些限制，但新技术将提供额外的功能，从而能够改变泵的潜力。

未来，在个性化定制泵的生产过程中，从合同授权到订单处理直至最终调试的每一步工作，都只需要最少的工程量。在极端情况下，可能针对一个需要大量同一型号泵的特定系统设计一台这样的定制泵。但是，不能够将定制泵与未经测试的产品原型混淆。凭借成功生产各型泵的过程中获得的丰富经验，以及借助现代化的开发工具，能够确保定制泵可靠、高效。

在激光熔融系统的粉末床中打印零件的长曝光图像。

通常，对这种一次性产品的要求有些矛盾。一方面要保证质量和可靠性必须卓越，但是另一方面又要求制造成本低，交货期短。泵制造商之间的激烈竞争，令后者变得越来越重要。

激光熔融法

激光熔融法是未来几种重要的无模制造方法之一。它利用微焊接技术将金属粉末一层层堆积起来，从而构建起待制造的元件（图1）。结果就在粉末床中形成一个物理密度相当高、轮廓极为精确的组件（图2）。几何设计数据通过CAD软件生成，3D打印过程本身完全无声。

自2014年底以来，KSB公司在其Pegnitz工厂安装了两个激光熔融系统

该方法相当节能、节省材料，因为它只对实际需要的金属进行热处理，将金属的消耗控制在最低。KSB公司的内部计算表明，当对现有零件进行新计算，新设计和优化，并应用于各自的生产过程时，可以节省50％至70％的材料。这是因为在3D打印中几乎不出现浪费，所有多余的粉末都可以重复使用。

整个生产过程在受控的惰性气体环境中进行，从而确保容易氧化的材料在再熔化过程中得到保护。通过3D打印创建的最终产品与常规制造的产品，具有不同的金相显微组织，但是用于将产品焊接在一起的金属粉末成分并没有什么不同。

自2014年底以来，KSB的Pegnitz工厂已经开始使用两套强大的激光熔融系统进行生产（图3）。该公司的材料专家们使用CAD数据尝试生产各种合适的金属组件，并通过这样的工作来研究3D打印在研发和生产方面的潜力。专家们想要回答的一个问题是：这种新型的基于金属粉末加工而成的工件，是否具有与传统方法生产的那些工件相同的强度和材料性能。

由于激光熔融是泵和阀门生产中的一个新领域，因此还有必要制定新的设计指南。但是，为了提高设计的自由度，为了能够在任何时间任何地点获得组件，业内人士积极寻求研发、生产和物流方面的新方法。

目前的3D打印方法仍然有一些技术和经济上的限制，例如可打印零件的尺寸和生产速度。但是，世界上最大的激光熔融系统，已经具有体积达160升的建造室，并且鉴于目前该技术的迅猛发展速度，我们相信更大型的3d打印机很快就将问世。该制造方法的成本效率实质上是由熔融材料的需求量来决定的。因此，对于那些大型致密零件而言，唯有在无法使用其他方法来生产它们的情况下，运用该制造方法才是经济上可行的方案。

该制造方法已经成功应用于旧型汽车、摩托车和飞机的备用零件的生产。对于泵制造商来说，利用新生产工艺的优势意味着向工业4.0迈出了重要一步，并充分发挥它在设计和生产方面的最大潜力。

3D打印的一些优势已经一目了然：3D打印尤为擅长生产小型、单个零件，它们通常是非标准的、不能大批量生产的零件，并且可以在单个工艺中制造而成。（图4）。从长远来看，非常大型的致密零件将继续采用其他制造方法来生产。

激光熔融系统在单次打印过程中生产的一组试样。

3 D打印自由可能带来怎样的创新，是未来最有趣的研究课题之一。只要有CAD数据，就能够在世界任何地方生产零件。这就意味着激光熔融将对零件的全球可用性产生影响，并且可以以我们今天难以想象的方式对泵进行个性化定制。