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零件順利成形是增材制造最基本的要求。然而受制于金屬粉末床熔融技術極高的冷卻速度特性，成形過程將產生很大內應力，導致零件極易產生形變。特別是工件的懸空結構區域，其懸空結構的翹曲變形導致打印失敗的難題，經常困擾著工件設計人員。
經過持續創新自主研發，目前，工業級3D打印領航企業華曙高科已攻克倒圓錐結構、水平圓孔等特殊結構成形難度大的技術難題，成功實現倒圓錐結構20°-25°傾斜角的無限高度成形，無支撐一體成形的水平圓孔最大可達Φ50mm。
華曙高科于2023年在上海TCT亞洲展上現場展示了金屬3D打印少支撐技術，并實現航空航天、汽車等行業關鍵復雜結構件高效率、高質量、批量化無支撐打印。該技術顯著提升了金屬3D打印低角度成形能力。
金屬增材制造面臨支撐設計難題
合理的結構設計、合適的成形工藝是保證零件順利成形的關鍵因素。在金屬增材制造領域，為了使懸空結構順利成型，通常需要添加額外的支撐結構，尤其是低懸空角度區域，業內通常將傾斜角45度以下的懸空區域添加支撐，以降低零件成形過程中失敗的風險。
首先，打印支撐需要耗費額外的粉末材料、增加額外的打印時間、提升后處理工序的難度和工作量，某些支撐無法去除，且易導致工件損傷而無法使用。
其次，為了減少支撐數量并保證支撐能被去除，設計師不得不更多地考慮增材制造的工藝特性，做一些面向增材制造的結構修改，這在一定程度上給設計帶來了更多約束條件。
因此，改進成形工藝，提升材料和工藝的低角度成形能力意義重大。
特殊結構實現無支撐
華曙高科認為，成形能力受材料、層厚、工藝參數等因素的影響顯著，且對于相同傾斜角的不同結構零件，其成形難度本身也會有較大的區別。例如同樣傾斜角的倒圓錐與正空心圓錐，前者成形要相對更困難。
因此，對于材料和工藝開發人員而言，建立成形能力的驗證標準是非常必要的。華曙高科為材料成形工藝優化做了很多前瞻性研發工作，經過多年技術沉淀和創新研發，依托自研切片軟件，采用自適應智能掃描策略，精準控制能量輸入和零件局部熱量，在保證零件致密性的前提下，其成形能力相對于傳統掃描技術明顯提升。
經過持續創新自主研發，華曙高科攻克倒圓錐結構、水平圓孔等特殊結構成形難度大的技術難題，成功實現倒圓錐結構20°-25°傾斜角的無限高度成形，無支撐一體成形的水平圓孔最大可達Φ50mm。工藝優化使此類零件不僅減少支撐數量，還提升了工件設計自由度，降低了對零件后處理的要求。
超10種應用已批量生產
華曙高科始終致力于推進粉末床熔融技術的應用，以解決用戶的實際問題為導向，不斷推進技術迭代升級。少支撐技術已應用于數十種工件并實現批量生產，材料涵蓋鈦合金、高溫合金、鋁合金、不銹鋼等，典型應用包括燃料罐、閉式葉輪、閥體、噴嘴等零件，最大尺寸工件超過450mm。
少支撐/無支撐工藝三大優勢
縮短生產及后處理時間，降低生產成本。以直徑約130mm，高度約50mm的IN718材料閉式葉輪為例，打印時間可縮短33%，成本可降低約25%以上。對于支撐量更多的零件可節約更多時間及成本。
提升產品質量。支撐與工件結合處易產生冶金缺陷，去除支撐時易損傷工件本體，產生的碎屑若進入流道等狹腔結構，容易形成多余物，減少支撐量都能有效減少這些不利因素。
提升設計自由度。突破傳統45°成形角度限制，顯著拓寬應用場景。如一些小尺寸零件具有復雜內腔結構，采用一般打印策略需修改設計或添加大量支撐，內腔易存在局部變形問題，如采用無支撐策略，可順利成形。
華曙高科認為，金屬增材制造技術仍有很大潛力待挖掘。未來將持續對金屬增材制造技術潛力和創新工藝進行深入研究與挖掘，進一步釋放其創新活力和發展空間。歡迎有意向的先鋒客戶與我們聯系，共同探討實踐少支撐技術應用，推動3D打印產業化發展。
作者：華曙高科金屬產品事業部、市場部
浙公網安備 33010602000006號
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