3D打印是一種具有靈活性的技術，對設計的約束較少，借助3D打印技術設計師能夠實現一些複雜的設計方案，例如：輕量化結構、功能集成的結構。
很多金屬3D打印零件需要通過銑削、電火花加工等傳統加工工藝來生成精密的表面，然而金屬3D打印技術制造的往往是傳統工藝難以實現的零件，它們具有非常規的複雜形狀，這將爲後續與其他加工工藝的銜接帶來挑戰。
本期，3D科學谷盤點了金屬3D打印在後續機械加工時所存在的幾種零件夾持挑戰，並通過機械加工企業和軟件企業在增材制造與傳統工藝融合領域所提出的解決方案，洞悉金屬3D打印與傳統工藝融合的發展趨勢。
钛合金3D打印“蜘蛛”架，由Altair Optistrut軟件和Materialise Magics 軟件生成，打印設備爲雷尼紹 AM 250。來源：雷尼紹
在零件設計時預規劃夾具方案
後續機械加工中的工件夾持，是金屬增材制造工藝中一個需要考慮到的元素。因爲3D打印的尺寸、形狀和材料都將與機械加工中的夾具解決方案有關。
根據德國夾具制造商雄克公司，當采用5軸機床作爲3D打印零件的後處理方式時，將有至少1/8英寸的材料被夾緊，或者采用燕尾形夾具，或者將定位銷直接放在工件上，通過這些方式可以一次完成整個加工。
因此，在3D打印零件設計初期，預先規劃後續機械加工中零件的夾持方案是有必要的。合理的零件設計可以使後續加工中零件固位更簡單、可靠。例如，定位孔緊固特征可以在3D打印零件中預留，在大尺寸3D打印零件中還可以預留壓緊片或用于夾具或螺栓的凹入區域。
而對于一些具有高度複雜幾何形狀的3D打印零件，這些可預先規劃的夾持解決方案無法使用，此時，軟爪夾具是更好的選擇但是，此方法需要注意零件的輪廓和軟颚的半徑。
如果3D打印零件中包含一些非關鍵的孔結構，有時更好的方式是在打印完成後進行機械鑽孔。原因是，雖然可以在3D打印過程中直接實現孔特征，但爲了考慮孔的尺寸與精確性，往往會給增材制造設計帶來挑戰。此外，在後續對3D打印的孔結構進行精加工時，如果打印孔的位置不准確，則可能需要進行一些手動修改，這些工作將影響到制造效率。因此，對于這類非關鍵的常規孔結構而言，通過機械加工來實現是更好的方式。
雷尼紹3D打印髋關節手術定位器
此外，有些尺寸小且脆弱易碎的3D打印零件，難以找到合適的夾具解決方案。雷尼紹（Renishaw）公司的增材制造團隊，曾嘗試了通過獨特的粘合劑方式來解決這個問題。例如，雷尼紹最近爲髋關節手術中使用的3D打印對准工具，爲了安裝手術中使用的反射鏡，需要在這個3D打印工具中加工四個銷釘，並且需要確保加工過程中零件不會變形。雷尼紹團隊采用了一種特殊的可通過紫外線進行固化的粘合劑來固定3D打印零件。
3D科學谷Review
金屬增材制造技術極大釋放了設計自由度，爲産品設計優化帶來了空間，但當它們作爲一種最終零部件的生産技術時，如何與後續的加工工藝進行高效銜接，是金屬3D打印技術成爲一種常態化的生産技術所需要跨越的門檻。
根據3D科學谷的市場觀察，機械加工企業和設計軟件企業都在爲之努力。以下是兩種具有代表性的促進金屬增材制造與傳統加工工藝進行融合的方式：
機械加工企業GF加工方案與3D Systems打造了工廠自動化的新概念，包括增材制造零件設計軟件，3D打印機，材料和自動化材料處理，放電加工（EDM）設備，銑削設備以及其他先進後處理技術。
構建在工裝板上的骨科植入物。來源：GF加工方案
GF加工方案將3R Delphin夾具系統集成到DMP Factory 500設備上，從而讓操作者可無縫銜接地將搭建基板置于夾具上，從金屬增材制造設備移至後工序的線切割EDM設備或者銑床上。這不僅節省了零件從搭建基板分離後所需的再裝夾時間，也節省了專用夾具的制作時間。例如，在進行骨科植入物增材制造時，制造商可以直接將植入物3D打印在工裝板上，該工裝板將用于後處理加工中銑削作業，方便了從不同設備的加工轉換過程中夾具夾緊的精確定位。
軟件企業歐特克在2019年發布了創成式設計的Fusion 360 2.5軸*版本，主要用于生成突破銑削約束的設計。這使得Fusion 360軟件的用戶能夠將3D打印與傳統的CNC銑削實現更好的結合。通過該軟件實現的設計，打破了我們對創成式設計所熟悉的“仿生學外形”，外形上看上去更接近傳統的設計。歐特克Fusion 360集成工作區現在還提供真正的混合制造體驗，在單一工作流程中結合了先進的增材制造和CAM功能。
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