原創 3D技術君 3D列印技術參考

隨著材料技術的進步，增材製造行業已經從快速原型製作過渡到最終產品直接製造的發展階段。然而真正產品化卻遠比我們想像的複雜：在產品的製造過程中如何確保各工藝的順利銜接？如何減少後處理過程中的大量人工作業？如何保證在此過程中穩定一致的產品品質？增材製造能否可以進一步提高效率、降低成本？

對此，精密加工界的知名品牌GF與3D Systems合作率先推出了面向增材製造的整體解決方案，以推動傳統技術與增材製造高效整合和各工藝環節的無縫銜接。

本期，3D列印技術參考來介紹GF的增材製造解決方案及其背後思考。

▎整合增減材加工工藝的GF增材製造解決方案

完整的金屬增材製造流程包括了從設計、材料、工藝到後處理的所有制造環節。採用增材製造技術生產的零件，尤其是金屬零件幾乎都需要經過後處理才能使用，而這在前端設計的時候就需要考慮到工件在不同工藝之間流轉會遇到的加工餘量、結構傾斜以及應力避免等問題，複雜零件的CNC加工也需要運用專門設計的夾具。這實際上要求應用端的從業者既要懂得傳統機加的特點，又要懂得增材製造。

接下來我們以法國宇航公司TAS的衛星天線支架為例闡述GF如何解決上述問題，並説明終端使用者真正生產出高品質的金屬3D列印零件。

TAS的衛星天線支架重新設計並3D列印

衛星在發射過程中為防止天線結構振動斷裂會將其固定在支架上。對於此類用量並不會很大的零件，採用3D列印製造的成本自然要比傳統技術低很多。然而直接按照傳統加工的習慣去設計和製造支架，就無法體現金屬增材製造的優勢，在列印過程中還會有出錯的風險，而且也要考慮到後續的銑削加工和零件的功能。對此，GF提出了從軟體設計準備，到設備列印，再到品質控制，以及後續銑削加工和線切割的7步走方案，決議採用全流程思維重新定義零件製造。

– 設計 –

面向增材製造的設計需要我們從增材的工藝需求出發，摒棄機加工設計時的慣性思維。在此案例中我們就可以看到多項設計思維上的調整，包括將水準懸垂調整至45°，為避免應力將尖角進行倒角，為減少銑削時間同時減少干涉進行銑削設計，以及為提高整體剛度進行的功能性改進設計等等。

依據增材思維設計的零件，可以儘量多的避免支撐結構，獲得更好的局部表面品質，並降低應力集中的風險。

– 列印準備 –

列印準備過程包含了支撐添加以及零件排布等工作；特別值得一提的是GF在基礎列印基板之上設計了16塊專利的換裝夾具（小基板），零件可以直接在上面進行列印。

在機加過程中，小基板可幫助迅速找到零點，而且便於快速裝夾，提高了增減材之間的銜接效率，確保零件批量生產時獲得一致的精密度，這一步也為未來的自動化奠定了基礎。

– 列印 –

列印此衛星支架所用到的DMP Flex350是為高精度直接金屬列印而設計，利用其業內含氧量最低的真空列印倉及改進的氣流技術確保每一個零件列印出來的緻密性和力學要求。

– 品質控制 –

列印過程的關鍵之處在於品質控制和可追溯性，GF專門針對複雜和重型金屬部件的關鍵應用進行了優化，同時會記錄材料特性和完整的列印過程。

– 後處理 –

增材製造的後處理通常是指線切割、零件拋光和機械加工。與目前常見的垂直切割方式不同的是，GF的CUT AM 500採用水準切割的方式，完全避免了零件切割時發生碰撞的可能性，有效提高了去除底板的效率及可靠性，特別適合大型零部件和批量生產的工件。

CNC檔的準備如規劃加工高品質的曲面區域、鑽孔、攻絲或修整孔等，在最初準備列印檔案的3DXpert軟體中就可以完成，其CNC加工能力完全承自傳統行業使用的Cimatron軟體。在機加工過程中所面臨的餘量設計，實際上也在上述軟體中進行預留，零件的底部也配合了System 3R零點定位系統，可以進行快速裝夾，實現自動化生產。

END

總結以上步驟，我們可以看到，增材製造技術更適合生產難加工、需要大量切削的零件，如何高效整合和連接各個工序是增材製造方案是否出色的關鍵。增材製造必須與其他傳統製造工藝相結合，才能成為創造製造業附加值的“利器”，才能成為製造產業化的主旋律。

GF加工方案推出的行業領先的整體解決方案，無論是在傳統減材行業還是現在市面上常見的3D列印大玩家們都不具備的，我們有理由相信這一前瞻性的探索會極大的推動增材製造的批量化生產應用之路。