基於粉末牀熔融工藝的增材製造-3D打印技術，正在走向批量生產的應用。但在生產環境中承擔批量生產的任務，是不同於原型製造的全新應用場景。面對金屬3D打印走向生產這一轉折點，在實現生產的過程中如何確保各工藝的順利銜接？如何減少後處理過程中的大量人工操作？如何保證在此過程中穩定一致的產品質量？增材製造能否可以進一步提高效率、降低成本？

精密加工界的知名品牌GF加工方案與3D Systems合作，推出了面向增材製造的整體解決方案，推動傳統技術與增材製造高效整合和各個工藝環節的無縫銜接。

本期，3D科學谷將通過宇航公司TAS衛星天線支架增材製造案例，詳細介紹GF 加工方案面向增材製造的整體解決方案如何解決上述問題，並幫助終端用戶生產出高品質金屬3D打印零件。

GF加工方案微課《增材製造的系統性解決方案》

增材製造七步走

完整金屬增材流程包括了從設計、材料、工藝到後處理的所有制造環節。採用增材製造技術生產的零件，尤其是金屬零件幾乎都需要經過後處理才能使用，而這在前端設計的時候就需要考慮到工件在不同工藝之間流轉會遇到的加工餘量、結構傾斜以及應力避免等問題，複雜零件的CNC加工也需要運用專門設計的夾具。這要求應用端的從業者既懂得傳統機加的特點，又懂得增材製造的特殊性。

衛星天線支架的完整增材製造生產流程。來源：GF 加工方案

GF加工方案提出了“增材製造7步走” 的完整金屬增材製造技術生產流程，TAS衛星天線支架增材製造案例也是按照這7個步驟去一一分解，體現完整的金屬增材製造技術生產流程，從軟件的設計和準備，到打印設備的打印，再到質量控制，以及後續的銑削加工和線切割。用最先進的理念，重新定義零件製造！

I 衛星天線支架

通信衛星市場競爭激烈，製造商不得不生產“更多、更快、更便宜”的產品，增材製造等新的創新技術已經成爲提高衛星產量的關鍵。

由於衛星的振動，衛星天線需要被緊緊夾在支架上，以避免結構斷裂。而衛星的天線支架就是爲此目的而設計的。每個天線都有兩個小支架，用螺栓將天線固定在支架上。因此，支架確保在衛星發射期間，天線被安全地夾在一起，以避免損壞。

這是一個很好的案例，與傳統制造相比，增材製造的成本更低，而且在零件的重新設計上，結合了基於金屬增材工藝的重新設計，能令大家更好地理解金屬增材製造和增材製造的設計思維。該零件需要足夠的加工操作，包括一些後續精加工的流程，也能讓大家更瞭解金屬增材技術如何直接生產零部件。

第一步：針對零件的重新設計

這裏的重新設計指的是針對增材製造層層打印的工藝特點，來改進零件的設計。針對零件的重新設計，至關重要。因爲工藝不同了，如果還是沿用之前的設計，那麼很有可能體現不出金屬增材製造的優勢。同時，也要考慮到後續的銑削加工和零件的功能，進行再設計或者改進。

在本案例中，GF加工方案共提出並實施了7項設計調整:

①AM（增材製造）設計：水平懸垂的部分應修改爲相對於z軸角度爲45°的懸垂，這樣的打印的過程中避免過多的支撐結構。

設計優化1：方案(左)與原方案(右)相比的實現情況。來源：GF 加工方案

②AM設計：爲了避免尖角，需要增加倒角，因爲這些不能正確打印，導致表面質量不好。此外，在尖銳的角落，應力集中可能發生在建造過程中，以及在部分的功能時間。因此，這些應該避免。

設計優化2：方案(左)與原始部分(右)的對比。來源：GF 加工方案

③AM的設計：通過添加一個45°角下的倒角來避免水平懸垂，相對於z軸的的方向。這樣就不需要在這些點上設置支撐結構，可獲得更好的表面質量。

設計優化3：方案(左)與原始部分(右)相比的實現情況。來源：GF 加工方案

④銑削設計：避免對完整的表面進行銑削，在與螺栓接口的孔周圍添加偏移量，使銑削過程更容易。用這種方法，可以減少銑削時間同時減少干涉的可能性。

設計優化圖4：方案(左)與原始部分(右)的對比圖(右)。來源：GF 加工方案

⑤功能性改進設計：上部側面增加u型結構，增加抗彎剛度。通過增加這些結構，提高了整體剛度。

設計優化圖5：方案(左)與原始部分(右)的對比圖。來源：GF 加工方案

⑥AM設計：在不改變零件結構特性的情況下，避免較大的水平懸垂，懸垂相對於y軸的角度爲30°。在不改變零件結構特性的情況下，獲得較好的打印表面質量。

設計優化6：實現與原來的部分。來源：GF 加工方案

⑦倒角設計改進：添加倒角，以避免尖角，難以打印。通過添加這一特性可以獲得更好的表面質量，並降低應力集中的風險(在打印階段以及後續的使用階段)。