很多3D打印的金屬零件需要進行機械加工來生成精密的表面，但由于3D打印零件往往是具有復雜幾何形狀的輕量化零件狮含，這給后續(xù)的機械加工帶來了挑戰(zhàn)顽悼。在對3D打印零件進行機械加工時需要考慮3D打印的剛度是否滿足機械加工的要求，如何用夾具夾持這些結構復雜的3D打印零件等一系列的問題甸持。

本期孝仅，小編將通過增材制造專家分享的一個3D打印金屬零件機械加工案例，與大家共同對3D打印零件機械加工中的挑戰(zhàn)和解決方案進行探討珊娩。

3D打印是一種具有靈活性的技術逊参，對設計的約束較少，借助3D打印技術設計師能夠實現(xiàn)一些復雜的設計方案晕财，例如：輕量化結構洪铣、功能集成的一體式結構。但是增材制造技術的這些優(yōu)勢行兼，有時會因為要顧及到后續(xù)機械加工中所產(chǎn)生的挑戰(zhàn)而被減弱辩洪。如果在最初設計與制造增材制造零件時沒有充分考慮到后續(xù)機械加工中所面臨的挑戰(zhàn)，則可能因為零件加工失敗而產(chǎn)生損失楣善。

3D打印的零件通常需要通過機械加工來實現(xiàn)精確的圓孔和光滑平坦的表面合荞，然后與其他零件裝配在一起。然而陡花，3D打印零件所具有的復雜輕量化結構有時會由于剛度不足而不能很好的適應加工過程僻邀。此外，復雜的結構也增加了對工件進行安全裝夾的難度结啼。

精加工的挑戰(zhàn)

1. 3D打印零件的剛度是否足以滿足機械加工過程中所承受的負載掠剑？零件是否會偏離刀具以及產(chǎn)生振動，使得刀具振動并導致較差的機加工效果郊愧？如果3D打印零件的剛度不足以滿足機械加工的要求朴译，有哪些解決方案可以解決這些問題呢？

2. 如果剛度的問題得以解決属铁，接下來面臨的挑戰(zhàn)是如何在機床上進行對準眠寿。3D打印零件在打印過程中可能存在一定的變形躬翁，缺少清晰的基準，這意味著對3D打印零件進行機械加工時盯拱，需要首先找到零件中“”好“”的部分盒发。獲得零件的最優(yōu)5軸對齊是非常重要的。

雷尼紹（Renishaw）公司通過一個金屬3D打印的微波導桿狡逢，對3D打印零件精加工中所面臨的挑戰(zhàn)以及解決方案進行了探索宁舰，從進行機械加工前的準備到最終完成零件的精加工，總共包括9個步驟奢浑。

這是一個為電信衛(wèi)星而設計的零件捅我，對該零件主要的性能要求是輕量化和提高微波的傳播效率，以及減少該零件對衛(wèi)星有效載荷的空間要求妇保。

解決方案

第1步- 建立預期的切削力

首先篓翠，通過實驗來評估3D打印零件是否具有機加工所要求的足夠剛度。

動力數(shù)據(jù)（Dyno Data）顯示了重復通過的負載雨担，可以看到峰值力大約是中間值的兩倍酥徽。還可以嘗試不同深度的切削，了解它是如何影響零件上的負載的由颗。

第2步-模擬切削力

通過模擬過程铸老，發(fā)現(xiàn)在零件自由端周邊的法蘭邊緣加工導致明顯的偏轉（大于150微米），有限元分析也顯示出明顯的扭曲坛铭，這種情況可能導致切削不均勻翰谋。

第3步-初次切削試驗

如果在以上這種情況下進行機械加工，將遇到零件偏離刀具并回彈秤歼，表面產(chǎn)生振動签孤，刀具振動等問題。出現(xiàn)這些問題的結果是射桅，產(chǎn)生差的表面光潔度份殿。

解決這些問題的方法是提高零件在切削過程中的剛度。有兩個步驟能夠提高剛度嗽交，一是調(diào)整3D打印零件的設計卿嘲，第是改變機械加工過程中的夾持方式。首先我們來了解一下夫壁，如何通過調(diào)整設計來解決這些問題拾枣。

第4步-通過改變3D打印零件的設計應對機加工的挑戰(zhàn)

改變3D打印零件設計的目標是使零件變得更加堅硬，在本案例中盒让，設計師使用的方式是梅肤，為零件添加了連接零件兩端部件的支撐結構，以減少在切削試驗中看到的缺陷邑茄。

或者是在兩端部件之間添加連接的桁架結構凭语，這種方式較為復雜葱她。

通過調(diào)整設計方案來提升剛度的弊端是增加了零件所占的體積，這可能會影響到其他組件所需要占用的空間似扔，降低設計的整體效率。還有一個值得注意的問題是搓谆，在常規(guī)的工件裝夾方式下弯棠，調(diào)整設計后的零件往往仍無法滿足機加工要求，這時就有必要重新考慮零件的裝夾方式巧鉴。

第5步-重新考慮零件的裝夾方式

在本案例中笋据，重新裝夾方式的具體方案是，為3D打印零件設計一個定制化的夾具贵埋，并用3D打印設備直接將定制化的夾具制造出來下碗，減少了零件變形和表面被損傷的風險，使3D打印零件更加靠近加工特征举影，減少偏轉和振動僵棍。

第6步-進行定制化夾具的建模

在對夾具中的3D打印零件進行有限元分析時，設計師發(fā)現(xiàn)可以通過對零件中“直”的結構進行更好的夾持來進一步提升剛度板散。

第7步 機加工準備

完成3D打印零件的設計調(diào)整和定制化夾具的設計癞屹、制造之后，就可以進入到機械加工的準備階段了愤芝。

在此過程中嫁料，當機械軸的線性和旋轉運動超出制造精確零件所需的公差時，就會出現(xiàn)錯誤昆淡。在本案例中锰瘸，工程師使用了的Renishaw 接觸式測頭和計量軟件NC-Checker 來識別和監(jiān)測這些問題。

第8步-零件設置

在常規(guī)的機械加工中昂灵，往往是先創(chuàng)建基準面避凝，然后使用這些特征來對齊和定位零件，以用于隨后的加工操作倔既。但是對于本案例中的3D打印零件恕曲，沒有按照常規(guī)方法來進行，這是因為精度基準必須在生成所有其他表面之后被添加到最終加工操作中渤涌。

3D打印零件設置的挑戰(zhàn)是佩谣，通過零件的實際形狀來設置，這涉及到在所有計劃切削精密特征的區(qū)域理解零件的材料狀況实蓬，同時考慮到機械加工留量茸俭，零件的變形等因素。在本案例中安皱，設計師試圖尋求在所有這些位置留下足夠材料调鬓，從而允許一致和有效的切削艇炎。在這一步驟仍可使用測頭和計量軟件，找到精加工的“最佳擬合”設置尺动。

進行精加工3D打印零件設置的另一種方式是拼仆，使用車間可編程的規(guī)格來測量零件并執(zhí)行對齊。此方法更適用于更大批量的應用拨喝。

第9步-機械加工

通過上述8個步驟的的準備撑停，所得到的組件具有在公差范圍內(nèi)的臨界尺寸，并且表現(xiàn)出良好的表面光潔度故厕。與早期的加工切削試驗相比适唆，刀具振動和磨損大大降低。

機械加工通常是金屬3D打印工藝鏈中的一部分萧揩， 這也是一個具有逃戰(zhàn)和風險的過程榛娶，如果機械加工失敗，將導致一個有價值的3D打印零件報廢泊鹿。如果在設計3D打印零件之初就能夠考慮到機械加工中所面臨的挑戰(zhàn)堰漾，將有助于降低失敗的風險。

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