3D打印與機(jī)加工結(jié)合成就復(fù)雜液壓零件

3D打印的一大優(yōu)勢(shì)在于加工一些過(guò)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而這些復(fù)雜正是產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)更高附加值之所在。而傳統(tǒng)工藝的經(jīng)濟(jì)性以及效率和表面精度往往是目前3D打印所難以企及的。于是不少聰明的3D打印技術(shù)踐行者開始了3D打印與機(jī)加工等加工工藝的結(jié)合之路。賓夕法尼亞大學(xué)的Timothy Simpson教授曾在TED演講中展示過(guò)一個(gè)通過(guò)3D打印與機(jī)加工結(jié)合加工出來(lái)的復(fù)雜精密零件，這個(gè)零件是賓夕法尼亞大學(xué)的CIMP 3D打印中心、Imperial機(jī)床工具公司以及一家工業(yè)合作伙伴共同完成的。

混合制造過(guò)程中的第一步是設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師需要考慮兩種制造工藝的不同要求，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中體現(xiàn)出來(lái)。例如對(duì)于選擇性激光熔化金屬3D打印工藝來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)師需要盡量避免大于45度的懸伸，便于支持打印；而為了滿足數(shù)控加工的要求，還需要留有切削余量，并且考慮夾具問(wèn)題。

在該零件的CAD設(shè)計(jì)文件橫截面中我們看到，額外的材料被添加到外徑上以為機(jī)加工提供切削余量，不僅在外徑上，在頂部和底部的表面以及內(nèi)部流體端口面上都添加了切削余量，以方便后期的機(jī)加工。

這個(gè)帶復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的零件是用Inconel 718合金制造而成的，在設(shè)計(jì)完成后，金屬3D打印系統(tǒng)開始了工作，按照設(shè)計(jì)的模型將零件一層一層制造出來(lái)。選擇性激光熔化工藝在加工過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱量，因此產(chǎn)生了零件內(nèi)部殘留的應(yīng)力。 在零件制造完成后，零件被送去熱處理，通過(guò)熱處理以減輕內(nèi)部應(yīng)力并微調(diào)材料性能。

經(jīng)過(guò)熱處理后的零件表面光潔度，注意金屬的顏色; 是熱處理過(guò)程的結(jié)果。

多軸CNC加工中心為精加工關(guān)鍵特性提供了高度的精度，這個(gè)特殊零件需要精確的外徑，以確保跟其他零件能成功安裝在一起， 為了正常運(yùn)轉(zhuǎn)，表面光潔度也是另外一個(gè)重要的關(guān)鍵質(zhì)量要求。

此外，圓柱體的頂面和底面存在臨界平面度和平行度的精度要求，這都需要通過(guò)機(jī)加工來(lái)實(shí)現(xiàn)。 最后，流體端口必須承受10,000psi的壓力，這需要進(jìn)行精密的螺紋磨削操作。

質(zhì)量控制和認(rèn)證一直是先進(jìn)制造業(yè)的重要組成部分。 在機(jī)加工的質(zhì)量檢測(cè)環(huán)節(jié)中，我們通常依靠傳統(tǒng)的測(cè)量設(shè)備來(lái)確保滿足嚴(yán)格的公差要求，但是通過(guò)增材制造產(chǎn)生的內(nèi)部結(jié)構(gòu)則需要專門的技術(shù)來(lái)檢查。 為了確保內(nèi)部結(jié)構(gòu)的正確性，賓夕法尼亞大學(xué)和Imperial機(jī)床工具公司通過(guò)計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)和其他先進(jìn)的設(shè)備來(lái)完成零件內(nèi)部的檢測(cè)。

打印組件的內(nèi)部CT掃描結(jié)果，顯示內(nèi)部格子結(jié)構(gòu)和類似螺旋的內(nèi)部通道。 照片由CIMP-3D提供，系統(tǒng)采用GE v|tome|x micro CT掃描系統(tǒng)。最后獲得的零件比原來(lái)的設(shè)計(jì)減輕重量超過(guò)40％，同時(shí)提高了流體流動(dòng)性能。

最終完成的零件 – 結(jié)合設(shè)計(jì)的自由度和精度。 依靠金屬3D打印和精密加工是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的唯一途徑。

來(lái)源：3D科學(xué)谷

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