546 工程科学学报，第42卷，第5期 能与原始零件不同.部件的再制造主要通过适当 (4)工艺规划.对于形状较为复杂的零件，由 地对增减材工艺进行排序来实现.通过扫描获取 于层与层之间复杂的空间关系，工序往往需要资 的现有部件的几何信息，根据生成的工艺计划连 深工程师人为修正.为了提高成形效率与精度，需 续增加减少材料. 要开发更加智能、可靠的自动模型切分与工艺规 Ranjan等B8-提出了“生产能力指数”概念， 划系统 用于比较通过增材制造的不同零件设计.Lutter- (5)可靠的实时检测手段与反馈调节系统.为 Gunther等ao分析了混合制造技术的成本和资源 了精准控制增减材工艺中工件的几何形状，需要 投入，建立了混合增材工艺的成本模型，该模型能 对熔池与沉积层进行实时的成分与外形检测，以 够分析给定部件的制造成本结构以及混合制造机 确定减材精加工需要去除的材料量.检测设备将 床操作的资源投入 信号反馈给NC系统后，需要准确、实时调节电源 可以发现，现有的增减材工艺规划研究主要 功率，送料速度等工艺参数.考虑到热力场模拟需 侧重于模型分层策略的改进、零件可加工性的评 要消耗的资源较大，增减材混合制造需要大量实 估与增减材工艺工序设计方面，但是从工业应用 验来建立类似于GTAW的经验数据库 的角度来看，增减材混合制造更需要一套实时的 增减材混合制造结合了两种工艺的优点，是 检测反馈调节系统，以及配套的完整的闭环控制 一种高效、高精度的先进制造技术.相信随着以 系统.闭环控制的关键是加工之后的检测步骤，但 上技术难题的解决，这门新兴技术会成为多行业、 如何将渗透测量技术不受影响地整合到混合机床 多领域中生产和修复复杂零件的重要技术 中是一大难点.此外，工艺参数之间复杂的关联性 也增加了闭环控制的难度 参考文献 2结束语与展望 [1] Saunders S.Free 3D systems whitepaper discusses scalable,digital molding process and figure 43D printing[EB/OL].3DR Holdings 增减材混合制造解决了增材制造中部分异形 (2018-09-27)2020-03-23].https:l/3 dprint..com/225981/digita- 零件难以加工的问题，相比传统的工艺流程大幅 molding-whitepaper/ 降低了成本，改善了增材制造的成形精度与表面 [2] Ritt S.Trends in metal additive manufacturing:fast and big 质量，并且还降低了凝固过程中引入的残余应力， [EB/OL].WTWH Media (2013-12-09)[2020-03-231.https://www. 在模具、医疗、航空航天、国防领域具有广阔的应 makepartsfast.com/trends-metal-additive-manufacturing-fast-big/ 用前景.这门新兴的技术虽然有着很好的应用前 [3] Chang Y C,Pinilla J M,Kao J H,et al.Automated layer 景，但是目前仍然存在一些问题阻碍其大规模应 decomposition for additive/subtractive solid freeform fabrication / 用.增减材混合制造未来需要解决的重点技术问 1999 International Solid Freeform Fabrication Symposium 题如下： Austin,.1999:111 (1)机床冷却系统.残留在沉积层的冷却液蒸 [4]Du W,Bai Q,Zhang B.A novel method for additive/subtractive 发会形成孔隙，影响沉积层的层间结合和力学性 hybrid manufacturing of metallic parts.Procedia Manuf,2016,5: 1018 能：而加工后自然冷却会影响制造的效率.增减材 [5] Zhang H O,Huang C,Li R S,et al.A super short-process green 混合制造仍然需要可靠的冷却系统应对增材制造 manufacturing method and energy consumption analysis of micro 与机加工过程产生的热量 casting forging and milling for high performance parts.China (2)机床保护.增材制造所用粉末颗粒直径 Mech Eng,2018,29(21):2553 小，如果机床密封不到位，粉末会污染引导系统干 (张海鸥，黄丞，李润声，等.高端金属零件微铸锻铣复合超短流 扰其平稳运动，而且会影响机床中的定位编码器 程绿色制造方法及其能耗分析.中国机械工程，2018,29(21)： 当处理高反射率材料（如铝，铜）时，激光束的反射 2553) 可能导致防护装置或其他敏感元件特定区域熔 [6] Akula S,Karunakaran K P.Hybrid adaptive layer manufacturing: 化，需要保护装置 an intelligent art of direct metal rapid tooling process.Robor (3)增材制造部分仍需建立行业标准.传统数 Comput-Integr Manuf,2006,22(2):113 控加工行业中，主轴、刀具接口、控制系统等，都 [7] Karunakaran K P,Suryakumar S,Pushpa V,et al.Retrofitment of 建立在统一标准之上，但增减材制造领域目前缺乏 a CNC machine for hybrid layered manufacturing.IntJ Adv Manuf 统一行业标准，这样的标准建立需要漫长的时间 Technol..2009.45(7):690能与原始零件不同. 部件的再制造主要通过适当 地对增减材工艺进行排序来实现. 通过扫描获取 的现有部件的几何信息，根据生成的工艺计划连 续增加/减少材料. Ranjan 等[38−39] 提出了“生产能力指数”概念， 用于比较通过增材制造的不同零件设计. Lutter￾Günther 等[40] 分析了混合制造技术的成本和资源 投入，建立了混合增材工艺的成本模型，该模型能 够分析给定部件的制造成本结构以及混合制造机 床操作的资源投入. 可以发现，现有的增减材工艺规划研究主要 侧重于模型分层策略的改进、零件可加工性的评 估与增减材工艺工序设计方面，但是从工业应用 的角度来看，增减材混合制造更需要一套实时的 检测反馈调节系统，以及配套的完整的闭环控制 系统. 闭环控制的关键是加工之后的检测步骤，但 如何将渗透测量技术不受影响地整合到混合机床 中是一大难点. 此外，工艺参数之间复杂的关联性 也增加了闭环控制的难度. 2    结束语与展望 增减材混合制造解决了增材制造中部分异形 零件难以加工的问题，相比传统的工艺流程大幅 降低了成本，改善了增材制造的成形精度与表面 质量，并且还降低了凝固过程中引入的残余应力， 在模具、医疗、航空航天、国防领域具有广阔的应 用前景. 这门新兴的技术虽然有着很好的应用前 景，但是目前仍然存在一些问题阻碍其大规模应 用. 增减材混合制造未来需要解决的重点技术问 题如下： （1）机床冷却系统. 残留在沉积层的冷却液蒸 发会形成孔隙，影响沉积层的层间结合和力学性 能；而加工后自然冷却会影响制造的效率. 增减材 混合制造仍然需要可靠的冷却系统应对增材制造 与机加工过程产生的热量. （2）机床保护. 增材制造所用粉末颗粒直径 小，如果机床密封不到位，粉末会污染引导系统干 扰其平稳运动，而且会影响机床中的定位编码器. 当处理高反射率材料（如铝，铜）时，激光束的反射 可能导致防护装置或其他敏感元件特定区域熔 化，需要保护装置. （3）增材制造部分仍需建立行业标准. 传统数 控加工行业中，主轴、刀具接口、控制系统等，都 建立在统一标准之上，但增减材制造领域目前缺乏 统一行业标准，这样的标准建立需要漫长的时间. （4）工艺规划. 对于形状较为复杂的零件，由 于层与层之间复杂的空间关系，工序往往需要资 深工程师人为修正. 为了提高成形效率与精度，需 要开发更加智能、可靠的自动模型切分与工艺规 划系统. （5）可靠的实时检测手段与反馈调节系统. 为 了精准控制增减材工艺中工件的几何形状，需要 对熔池与沉积层进行实时的成分与外形检测，以 确定减材精加工需要去除的材料量. 检测设备将 信号反馈给 NC 系统后，需要准确、实时调节电源 功率，送料速度等工艺参数. 考虑到热力场模拟需 要消耗的资源较大，增减材混合制造需要大量实 验来建立类似于 GTAW 的经验数据库. 增减材混合制造结合了两种工艺的优点，是 一种高效、高精度的先进制造技术. 相信随着以 上技术难题的解决，这门新兴技术会成为多行业、 多领域中生产和修复复杂零件的重要技术. 参    考    文    献 Saunders S. Free 3D systems whitepaper discusses scalable, digital molding process and figure 43D printing[EB/OL]. 3DR Holdings (2018-09-27)[2020-03-23]. https://3dprint.com/225981/digital￾molding-whitepaper/ [1] Ritt  S.  Trends  in  metal  additive  manufacturing:  fast  and  big [EB/OL]. WTWH Media (2013-12-09)[2020-03-23]. https://www. makepartsfast.com/trends-metal-additive-manufacturing-fast-big/ [2] Chang  Y  C,  Pinilla  J  M,  Kao  J  H,  et  al.  Automated  layer decomposition for additive/subtractive solid freeform fabrication // 1999 International Solid Freeform Fabrication Symposium. Austin, 1999: 111 [3] Du W, Bai Q, Zhang B. A novel method for additive/subtractive hybrid manufacturing of metallic parts. Procedia Manuf, 2016, 5: 1018 [4] Zhang H O, Huang C, Li R S, et al. A super short-process green manufacturing method and energy consumption analysis of micro casting  forging  and  milling  for  high  performance  parts. China Mech Eng, 2018, 29（21）: 2553 （张海鸥, 黄丞, 李润声, 等. 高端金属零件微铸锻铣复合超短流 程绿色制造方法及其能耗分析. 中国机械工程, 2018, 29（21）： 2553） [5] Akula S, Karunakaran K P. Hybrid adaptive layer manufacturing: an  intelligent  art  of  direct  metal  rapid  tooling  process. Robot Comput-Integr Manuf, 2006, 22（2）: 113 [6] Karunakaran K P, Suryakumar S, Pushpa V, et al. Retrofitment of a CNC machine for hybrid layered manufacturing. Int J Adv Manuf Technol, 2009, 45（7）: 690 [7] · 546 · 工程科学学报，第 42 卷，第 5 期