Page 59 - 机械制造及其自动化

第二章 机械加工制造的关键技术研究

3D打印加工制造方法的约束条件。

1.台阶效应
由于3D打印有逐层加工的特点，一个整体的模型被离散化，变成若干层进
行叠加，因此Z轴上原本连续的模型曲面往往呈现出一个“台阶效应”。层厚越
大，“台阶效应”越明显，层厚越小，精度越高，但是成型时间也会相应地增

加；“台阶效应”还呈现出，外轮廓与Z轴夹角越大，外轮廓信息缺失越大，造
成了一定的误差，直观上体现的就是精度不足。因此，在实际加工中，要考虑层
厚对精度的影响，也要考虑零件成型方向与模型摆放位置的影响。

2.设备约束
3D打印设备约束主要是指打印喷头、激光和电子束光斑等硬件设施对成型
精度的影响。在熔融沉积成型（FDM）当中，喷头直径直接影响着成型件最小
尺寸的大小，喷头在挤料过程中对材料的压力也会影响尺寸精度；在选区激光熔

化（SLM）工艺中，通过激光光斑的移动选择性的熔化成型轮廓上的粉末，当遇
到壁厚小于光斑直径的薄壁结构时，尺寸会出现误差。因此，成型设备会对结构
件的薄壁、尖角等结构造成一定的约束。

3.材料性质约束
材料有其固有特性，加热融化过后会有一个冷却的过程，FDM工艺材料熔
融后会收缩变形，使得打印尺寸与实际尺寸有一定的误差，而材料收缩导致的内

应力又会造成零件的变形甚至层间剥离或翘曲，对零件成型精度造成直接影响。
SLM工艺中打印悬垂结构时，激光深穿透作用于支撑悬垂结构的那部分粉末，会
使得打印出的零件有“挂渣”的现象，影响零件的表面质量和精度，有的甚至会

导致表面塌陷或翘曲。
4.后处理约束
加工零件的后处理主要包括多余材料及废料的去除、去除支撑、工件的打
磨、材料固化或上色电镀等，由于零件成型后变成一个整体，打印时施加支撑的

开放的区域已经闭合，就会造成支撑难去除的结果。因此，添加支撑时不得不考
虑后处理阶段，这也是后处理对自由设计阶段的约束。
（三）自由设计方法下的价值工程与功能

1.价值工程
价值工程的目的，就是以对象的最低寿命周期成本，可靠地实现使用者所需

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