金屬3D打印后處理,，改變CNC數(shù)控加工編程模式,？

導(dǎo)讀：增材制造在加工復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件上具備很大優(yōu)勢,，但當(dāng)涉及到這些復(fù)雜工件的數(shù)控加工（CNC）后處理時(shí),，對刀具的行進(jìn)路徑也帶來了更為苛刻的挑戰(zhàn),。面對金屬3D打印零件高精度的深層加工需求時(shí),，CNC的測量和加工程序也需做出相應(yīng)的升級和改變,。

2022年4月19日，南極熊獲悉,，來自俄亥俄州的加斯帕拉吉（Edwin Gasparraj）編寫了一款新的數(shù)控加工控制程序,，可以實(shí)現(xiàn)更高自由度的加工，這其中X,、Y和Z軸移動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)都是充滿變量的代數(shù)表達(dá)式,。在這些充滿變量的程序中，一行編程運(yùn)動(dòng)可能有700個(gè)字符長,，而運(yùn)行一個(gè)依賴變量的五軸程序可能使CNC每秒處理超過10,000個(gè)字符,。

Gasparraj在俄亥俄州創(chuàng)立了一家數(shù)字制造實(shí)驗(yàn)室和咨詢公司SixDigma,，旨在幫助制造商應(yīng)對五軸加工方面的棘手挑戰(zhàn)。他說,，很少有人意識到現(xiàn)代數(shù)控加工中心面臨的真實(shí)挑戰(zhàn),。它們能夠達(dá)到比我們要求的更嚴(yán)格的精度。

△Edwin Gasparraj 領(lǐng)導(dǎo)著一家數(shù)字制造實(shí)驗(yàn)室和咨詢公司 SixDigma,。照片來自SixDigma.

Gasparraj認(rèn)為,，這種潛力沒有得到發(fā)揮的原因與我們對它們進(jìn)行編程時(shí)的限制性假設(shè)有關(guān)。在現(xiàn)代機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)的最微小的定位水平上,，機(jī)床的位置一致性很可能比工件本身的位置一致性更嚴(yán)格,，因?yàn)榱慵�以各種方式處于變化之中。它在移動(dòng),，它在變化,，它在不同的工件上也有差異。找出這些不一致的地方并將其納入編程,，加工精度就會提高,。

增材制造的后處理在機(jī)械加工的復(fù)雜度和精度上都提出了更高的挑戰(zhàn)。機(jī)械加工一直以來的定位都是在處理缺乏良好加工定位表面的實(shí)體零件,，特別是鑄件,。但鑄件經(jīng)常是大批量的，有報(bào)廢的空間,。相比之下,，AM生產(chǎn)的零件難以定位，在加工前可能還投入了超過100小時(shí)的打印時(shí)間,。因此在加工中報(bào)廢零件,，成本太高，不允許,。

這就是為什么當(dāng)Gasparraj聽到機(jī)械加工被歸為AM"后處理 "的一部分時(shí),，他有點(diǎn)畏懼。有時(shí)就是這樣,，如一些支撐結(jié)構(gòu)的去除對CNC來講是極為復(fù)雜的挑戰(zhàn),。但是，當(dāng)加工需要實(shí)現(xiàn)外部特征,，以保持相對于零件內(nèi)部打印的隱藏通道的精確壁厚時(shí),，這就是另一回事了另當(dāng)別論了，他的公司在加工AM的過程中多次遇到這種挑戰(zhàn),。這也是現(xiàn)有機(jī)械加工技術(shù)能夠跟3D打印聯(lián)系到一塊的地方,，而增材制造也將成為一項(xiàng)把3D打印和機(jī)械加工結(jié)合起來的事業(yè)。

Gasparraj的團(tuán)隊(duì)開發(fā)的數(shù)控程序在兩臺使用西門子控制的Grob五軸加工中心上得到驗(yàn)證，他們開發(fā)了具有可變的XYZ移動(dòng)和工具軸矢量的程序,，以加工具有挑戰(zhàn)性的鑄件和鍛件,，以及AM零件。

△基于工件變化的程序不是固定的數(shù)字刀具路徑移動(dòng),，而是在每條線中包含變量,。照片來自SixDigma。

通常通過粉床熔合制造的AM零件接近凈成形,，但還不夠接近,。打印出來的零件的外部形狀與CAD模型一致，有一個(gè)相對于機(jī)械加工來說比較寬松的公差帶,。內(nèi)部形狀也是如此——內(nèi)部打印的通道和空腔,。因此，這就是先進(jìn)的測量必須協(xié)助加工刀具路徑的地方,。SixDigma使用蔡司的光學(xué)和CT掃描設(shè)備,，分別對外部和內(nèi)部幾何形狀進(jìn)行建模。有了這些外部和內(nèi)部模型作為指導(dǎo),，可變的刀具路徑基本上可以讓CNC精確地定位和確定加工程序的坐標(biāo)參考,，這樣程序就可以準(zhǔn)確地在打印好的外部和內(nèi)部表面之間的包絡(luò)內(nèi)找到成品零件。

而且,，這種變化并不以這種起始幾何形狀為終點(diǎn),。Gasparraj說，在加工過程中,，對外部基準(zhǔn)的過程探測可以跟蹤溫度引起的零件移動(dòng),，還有材料成型導(dǎo)致在零件中形成的張力變化,。Gasparraj團(tuán)隊(duì)展示的一個(gè)AM部件上,，對精度要求非常嚴(yán)格，以至于該部件在熱處理爐中的位置也被認(rèn)為是一個(gè)重要的決定因素,。該團(tuán)隊(duì)寫入CNC程序的變量同樣考慮到了這個(gè)位置,，因?yàn)檫@已被證明會影響零件在切割過程中由于內(nèi)應(yīng)力而產(chǎn)生的移動(dòng)方式。

所有這些意味著,，將增材制造和機(jī)械加工作為 "新式"與"傳統(tǒng)"制造方法的比較,，部分地忽略了一些東西。首先,，這樣的比較中的參考點(diǎn)并不比工件更靜態(tài),。新技術(shù)確實(shí)發(fā)展迅速，但成熟的技術(shù)并沒有停止改變自己,。其次,，這些技術(shù)相互影響。我們會因?yàn)锳M的需求而學(xué)到更多關(guān)于機(jī)械加工的知識，而這些收獲將延伸到AM之外,。換句話說,，制造技術(shù)之間的界限并不固定。它是所有的制造,，而且所有的制造都在不斷變化中,。