将三维打印纳入工业制造从根本上改变了公司如何采用计算机辅助制造战略。 由于混合制造 — — 添加剂和减法过程的结合 — — 航空航天、医疗和汽车部门之间的牵引力增加,三维打印工作流程必须不断发展,以应对层层沉降和精确材料清除之间的复杂变化。 本条审查了三维打印对三维制造战略的具体影响、能够进行混合制造的工具和技术以及仍然存在的挑战。

理解混合制造:多于其零部件的总和

混合制造结合了添加剂制造(AM)和诸如CNC 机械,磨制,或EDM等减法工艺. 核心原理是利用3D打印的设计自由来创造具有复杂内部特征的近 ⁇ 网形状,然后完成临界表面,并通过机械加工实现紧固的耐受性. 这种方法可以消除专用工具的需求,减少材料浪费,缩短复杂部件的预发时间.

在实践中,混合制造可以分为两个配置:顺序(部分是3D打印,然后移动到单独的CNC机)或集成(一个单机工具将添加剂沉降头与减旋盘结合),后者在修理和再制造方面特别强大,因为材料可以添加到磨损的组件中,然后机器回光. CAM策略因此必须协调添加剂工具路由与机械工具路由,管理材料沉降率,以及在打印过程中说明热扭曲.

三维打印如何推动CAM战略的改变

1. 混合进程适应性工具路径生成

传统的CAM软件为单一减法过程生成工具路径:切割工具从固态块中移除材料。 通过混合制造,CAM系统必须产生路径,首先引导一个打印头来构建材料层-by-layer,然后切换到磨制工具来完成表面整齐。 这需要适应性的工具路径算法,能够理解该部分正在演变的几何学,并能适应超悬角、支持结构以及打印材料的机械特性。

现代 CAM 平台, 如 [ [[FLT: 0]] 自动桌面 组合 360 [[FLT: 1] 和 Mastercam Additive [ 现在提供专用混合模块。 这些系统自动将一部分分解为最适合添加剂(复杂内部拉链,薄墙)和减法(平面,比子,线程)的区域。 CAM 软件然后将操作安排在单个设置中, 经常将添加剂和减法步骤相交, 以尽量减少处理和对齐错误。

2. 过程规划:同步时间和温度

3D打印对CAM策略的最大影响之一是需要真正的过程规划——不仅仅是运动规划。在混合制造中,部分的热史直接影响最终的准确性。随着每层的沉积,热积可能会引起刮伤或剩余压力,而后期的机械化通道必须纠正。 CAM策略现在包括了预测热扭曲的模拟,并自动调整添加剂通过顺序或插入停留时间进行冷却。

比如,在定向能量沉淀(DED)混合体中,CAM系统可以计划一个更强沉积率的粗糙通道来构建大块形状,然后是精度较低的完成通道,然后是轻度的机械通道。 这种测序是由材料的固化行为和机器的冷却能力驱动的。 先进的CAM工具甚至可以生成磨损工具的“修复策略 ” , 或者死, 软件可以识别磨损区域,计算出容量,并生成一个将新材料与旧材料混合在一起的工具路径。

3. 混合建筑的地形优化

地形优化长期以来一直被用于添加剂制造的设计,但结合到CAM策略中为混合工艺提供了新的可能性。 通过优化一部分内部结构的强度和物质效率,CAM系统可以形成近“网”形状,需要最小的机械。 然而,地形优化设计往往具有有机的、自由的“形”几何面体,这些面体在不定制工作的情况下难以固定或机器。

计算机组合策略现在包括“智能智能地形优化 ” , 即优化制约因素考虑到工具的可访问性、工具长度以及确定随后操作数据的必要性。 由此导致的设计不仅更轻,而且更容易用标准终端磨坊完成。 然后,计算机组合软件生成双倍于机械固定装置的支持结构,从而缩短了设置时间。

三维打印的关键优势

  • 减少的材料废物:[ 添加工艺沉淀材料只有在需要时才能进行,CAM策略可以通过筑巢多部分或使用可变层高进一步减少浪费.
  • 散热器的预留时间:[ 消除模具工具,减少安装数量,可以压缩低容量部件的生产时间表,从几周到几天.
  • ]增强设计自由度:[ 复杂的内部冷却通道,整齐的纹饰结构,有机形状成为制造不过分的机械传动通道.
  • 再生和再制造能力:混合CAM策略能够直接修复涡轮叶片,注射模具等高价值部件和死铸,延长其使用寿命.

执行混合海洋战略的挑战

尽管有希望,将3D打印纳入CAM工作流程并非没有障碍。 以下是制造商目前面临的最重大挑战:

软件互操作性和数据交换

混合制造需要CAD、CAM和添加剂制造处理器之间无缝交换数据。虽然STEP\NC等标准正在出现,但许多机器仍然依赖专有格式。CAM系统必须同时导入基于 voxel\或层的构建文件,而这种文件则会导致版本错误或几何忠诚的丧失。诸如ASTM ISO/ASTM 52941标准等用于添加剂制造数据交换 的操作,但采用情况仍然不平衡。

进程同步复杂

在同一机器内协调添加剂头部和减速旋盘需要精确的时间。如果打印头部储存材料过快,部分可能会过热和扭曲;如果在材料固化之前开始机械化,切割力会造成脱光. CAM策略必须模拟同一环境中的热载和机械载荷,这需要很大的计算力。当前的解决方案往往依赖于简化模型,而实时监测与反馈控制仍然是活跃的研究领域。

物质限制

并非所有材料都可以印刷和机器都同样成功。 高性能合金如Inconel和钛在机械加工过程中都容易变硬,而其印刷参数必须小心控制以避免裂解。 另一方面,聚合物和复合材料可能需要不同的机械速度和工具来防止熔融或裂变。 CAM策略需要广泛的材料数据库,为每个添加剂和减量步骤的组合提供推荐速度、饲料和层高 — — 许多较小的商店缺乏这些数据。

海洋委员会混合制造战略的未来

展望未来,若干趋势将在三维印刷方面进一步重塑CAM战略:

  • AI ⁇ Driven Toolpath Optimation: 机器学习可以分析过去的打印-和X机周期,预测最佳工具路径序列,减少试运行-和 ⁇ error. 期望CAM系统,它自动建议基于部分几何,材料,和可用工具的混合策略.
  • In Process Monitory and closed Loocle Control: 廉价传感器(热相机,声学排放,力感应器)将实时数据输入CAM软件,允许中键印调整层厚度,支线或机械深度。这将使混合工艺更适合生产环境。
  • 多元元件和功能级部件: CAM策略需要处理多个材料的同步沉降(例如带有胶体核的硬外壳),然后进行尊重梯度区的机器过渡. 这为功能级工具的设置和自定义植入打开了通道.
  • Cloud 基于分配制造的合作:混合CAM文件是庞大而复杂的. 云平台将使远程团队能够模拟和优化工具路径,分享最佳做法,甚至用活机数据喂养数码双胞胎,加速跨供应链采用混合方法.

随着这些技术的成熟,混合制造进入的障碍将会减少。 已经,DMG MORI、Mazak和松浦等设备制造商提供了综合添加剂的“亚性”机器,这些机器正在研发之外被采用到低量生产。 CAM软件供应商正在通过建造专门模块来应对,这些模块能够理解两个世界的细微差别。

结论

3D打印并不能取代CAM-它重新定义它。添加剂制造对CAM混合制造战略的影响是深远的:在沉降和去除之间转变的适应性工具途径、记录热历史的流程规划以及尊重机械约束的地形优化。 尽管软件互操作性、同步性和材料数据方面的挑战依然存在,但轨迹是明确的。智能CAM战略赋予的混合制造将成为生产高价值、复杂且效率空前的组件的标准方法。 对于寻求保持竞争力的制造商来说,投资CAM能力,桥接添加剂和减性工艺已不再是可选的 — 这是至关重要的。