創(chuàng)成式設(shè)計(jì)軟件如何銜接3D打印與CNC機(jī)加工

       3D打印-增材制造（AM）正在快速發(fā)展，這背后的驅(qū)動因素是3D打印釋放了設(shè)計(jì)的自由度，所以我們需要重新想象我們的設(shè)計(jì)以適應(yīng)新的生產(chǎn)潛力。最近，通用汽車采用歐特克（Autodesk)的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)軟件對車內(nèi)零部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過使用歐特克創(chuàng)成式設(shè)計(jì)技術(shù)的Fusion 360 Ultimate軟件包，用于胞元優(yōu)化和金屬增材制造模擬的Autodesk Netfabb，以及該公司的Alias，Recap Pro和Meshmixer等軟件，通用汽車發(fā)現(xiàn)從創(chuàng)成式設(shè)計(jì)中所獲得的好處遠(yuǎn)不止輕量化。

      通用汽車和歐特克在通用汽車密歇根州沃倫技術(shù)中心重新設(shè)計(jì)了汽車座椅支架 – 座椅安全帶固定部位。只需要定義零件需要實(shí)現(xiàn)的性能參數(shù)（包括所需的連接點(diǎn)，強(qiáng)度和質(zhì)量），歐特克的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)軟件就產(chǎn)生了超過150種有效的設(shè)計(jì)選項(xiàng)，新設(shè)計(jì)比原來的部件輕40％，強(qiáng)20％，并將八個不同的部件整合到一個增材制造部件中。那么在邁向增材制造之路，還有一個不容忽視的細(xì)節(jié)是需要考慮增材制造與減材制造的結(jié)合。

液壓歧管的增材制造挑戰(zhàn)

      很多人認(rèn)為增材制造和減材制造是競爭技術(shù)，而忽略了他們之間的互補(bǔ)性，其實(shí)在大多數(shù)情況下，必須通過減材制造的后處理與金屬增材制造的組合才能完美的加工出符合要求的零件。

根據(jù)行業(yè)數(shù)據(jù)，選擇性激光熔融零件的通常表面粗糙度值在15μm和40μm之間（根據(jù)Metal-AM.com）。根據(jù)應(yīng)用的不同，例如圖片中的液壓歧管零件的很多關(guān)鍵部位的幾何精度需要通過機(jī)加工來完成精加工或通過拋光來達(dá)到精度要求。

另外，為了滿足孔加工的需要，例如螺紋孔則需要后續(xù)的鉆孔和攻絲加工。

需要考慮減材制造的約束條件，這就對創(chuàng)成式設(shè)計(jì)帶來一些額外的挑戰(zhàn)，你需要考慮：

1.如何連接增材制造和減材制造？

2.如何通過創(chuàng)成式設(shè)計(jì)進(jìn)行后期處理？

3.在減材制造的后處理加工過程中，如何裝夾這些零件？

4.如何針對坐標(biāo)系調(diào)整這些零件？

加工挑戰(zhàn)，軟件來化解

無論無何，對于減材制造來說，目前機(jī)加工設(shè)備需要的是基于CAD模型的編程語言，機(jī)加工設(shè)備無法理解增材制造設(shè)備所使用的STL格式。所以Autodesk Netfabb和Autodesk創(chuàng)成式設(shè)計(jì)在Fusion 360解決方案中考慮到這一因素，通過Mesh-to-BRep功能，Autodesk的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)軟件可以創(chuàng)建一個用于CAD準(zhǔn)備的SAT文件。

關(guān)于加工余量，軟件也可以提供規(guī)劃，例如，對于鋁，鈦，不銹鋼和鉻鎳鐵合金，通過在創(chuàng)成式設(shè)計(jì)過程中將加工余量設(shè)置好，可以方便工程師在隨后的減材加工中不會被這個問題所干擾。

當(dāng)然，另外一個重要的考慮因素是工件在后續(xù)機(jī)加工過程中的裝夾問題。通過創(chuàng)成式設(shè)計(jì)軟件可以創(chuàng)建3D打印的Conformal Jaws作為夾持部位。案例中的液壓歧管零件的設(shè)計(jì)通過雷尼紹加拿大解決方案中心進(jìn)行了后續(xù)裝夾方面的調(diào)整，3D打印的保形卡爪用于緊固住3D打印的零件在后續(xù)的精加工過程中的零件位置，對齊方式為WCS（工作坐標(biāo)系統(tǒng)）部分。

在Autodesk Fusion 360中，可以創(chuàng)建創(chuàng)成式設(shè)計(jì)的零件，可以通過CAM軟件來生成后續(xù)機(jī)加工的策略，并生成CNC刀具路徑程序。

圖片：經(jīng)過CNC機(jī)加工后的液壓歧管零件，金屬3D打印過程通過雷尼紹的AM250完成

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