創成式設計軟件如何銜接3D打印與CNC機加工

       3D打印-增材制造（AM）正在快速發展，這背后的驅動因素是3D打印釋放了設計的自由度，所以我們需要重新想象我們的設計以適應新的生產潛力。最近，通用汽車采用歐特克（Autodesk)的創成式設計軟件對車內零部件進行優化設計，通過使用歐特克創成式設計技術的Fusion 360 Ultimate軟件包，用于胞元優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，通用汽車發現從創成式設計中所獲得的好處遠不止輕量化。

      通用汽車和歐特克在通用汽車密歇根州沃倫技術中心重新設計了汽車座椅支架 – 座椅安全帶固定部位。只需要定義零件需要實現的性能參數（包括所需的連接點，強度和質量），歐特克的創成式設計軟件就產生了超過150種有效的設計選項，新設計比原來的部件輕40％，強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節是需要考慮增材制造與減材制造的結合。

液壓歧管的增材制造挑戰

      很多人認為增材制造和減材制造是競爭技術，而忽略了他們之間的互補性，其實在大多數情況下，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。

根據行業數據，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Metal-AM.com）。根據應用的不同，例如圖片中的液壓歧管零件的很多關鍵部位的幾何精度需要通過機加工來完成精加工或通過拋光來達到精度要求。

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，這就對創成式設計帶來一些額外的挑戰，你需要考慮：

1.如何連接增材制造和減材制造？

2.如何通過創成式設計進行后期處理？

3.在減材制造的后處理加工過程中，如何裝夾這些零件？

4.如何針對坐標系調整這些零件？

加工挑戰，軟件來化解

無論無何，對于減材制造來說，目前機加工設備需要的是基于CAD模型的編程語言，機加工設備無法理解增材制造設備所使用的STL格式。所以Autodesk Netfabb和Autodesk創成式設計在Fusion 360解決方案中考慮到這一因素，通過Mesh-to-BRep功能，Autodesk的創成式設計軟件可以創建一個用于CAD準備的SAT文件。

關于加工余量，軟件也可以提供規劃，例如，對于鋁，鈦，不銹鋼和鉻鎳鐵合金，通過在創成式設計過程中將加工余量設置好，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。

當然，另外一個重要的考慮因素是工件在后續機加工過程中的裝夾問題。通過創成式設計軟件可以創建3D打印的Conformal Jaws作為夾持部位。案例中的液壓歧管零件的設計通過雷尼紹加拿大解決方案中心進行了后續裝夾方面的調整，3D打印的保形卡爪用于緊固住3D打印的零件在后續的精加工過程中的零件位置，對齊方式為WCS（工作坐標系統）部分。

在Autodesk Fusion 360中，可以創建創成式設計的零件，可以通過CAM軟件來生成后續機加工的策略，并生成CNC刀具路徑程序。

圖片：經過CNC機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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