无支撑3D打印复杂结构航空航天零件，变形量如何从0.5mm降至0.1mm？
S弯管是航空航天领域的典型复杂结构，这是因为其壁厚小、曲率复杂、具有高长径比，在金属3D打印中极易发生累积变形。国内头部的航空航天3D打印服务商，曾一度将其作为重要难题进行攻克。
而随着越来越多的“普通3D打印企业”已可以承接商业航天制造服务，又该如何保证此类复杂结构的最终尺寸呢？是增加支撑来防止变形吗？
笔者注意到，漫格科技提出了一套“预打印件+扫描+变形分析+几何补偿“的方案。
基于VoxelDance Engineering（VDE）软件仿真补偿后的首次打印，就达到了用户预期要求，成功将S弯管整体打印变形量，由局部接近±0.5mm，降低至0.1mm以内。
与添加支撑相比，该方案更适合此类部件的多件、中小批量以及大批量交付。单零件的后处理时间能够节省了小时，涉及成本约7000元。
复杂曲率下的变形挑战
该S弯管的外形尺寸为82×122×264mm，空间曲率在较大的高度范围内连续变化，而且壁厚薄，这就导致零件的刚性整体偏低。在打印过程中极易出现热应力变形，难以保证制造精度。
实际打印的结果也确实如此，对首次打印的零件进行三维扫描后发现，弯管出现明显的几何变形，局部尺寸偏差达到了0.5mm。而且，管路的变形还不是单方向偏移，零件在不同区域同时出现了正向和负向的尺寸偏差，管口与曲率变化剧烈的位置变形最明显。
目前金属3D打印的应用正在趋近于免支撑和少支撑，以此能够大量减少后处理工作和相关支出。但这实际上是建立在保证制造质量和精度之上的。
就S弯管来说，内部贯通的流道既不方便添加支撑，后续也难以去除，进行几何补偿对高精度3D打印来说将是更好的解决方案。
VDE扫描变形补偿
工程师基于扫描得到的实际偏差数据，开始采用漫格仿真软件VoxelDance Engineering（VDE）对弯管进行变形补偿。
经过补偿的模型在打印前看起来已经发生了一定程度的预变形，但在实际制造过程中，这部分预设偏差会与打印产生的变形相互抵消，使最终零件更加接近目标几何结构。
这样一来，真实制造数据不再只是用于打印后的质量检测，而是直接参与下一轮制造决策。
采用补偿模型完成打印后，再次通过三维扫描验证零件尺寸。结果显示，弯管整体打印变形量控制在0.1mm以内，补偿后的首次打印即达到了预期效果。
补偿前后扫描变形偏差
更高精度，更低制造成本
精度改善只是结果的一部分。由于变形补偿承担了部分尺寸控制任务，该方案避免了常规的加支撑来防止变形操作，进而避免了后续处理工作，同时减少了材料浪费和其他支出。
对于航空航天薄壁管路而言，零支撑或少支撑往往是制造目标，但由此带来的变形控制问题却不能回避。与其通过增加支撑限制变形，不如在打印前理解变形、提前补偿变形。
VDE将打印后的扫描结果转化为下一次制造的输入，通过变形分析与反向补偿，让复杂薄壁结构在减少支撑和后处理的同时，获得更可控的最终尺寸。
本案例最终将整体变形量控制在0.1mm以内，节省约6小时的后处理时间和7000元综合成本，并在补偿后首次打印就达到了预期要求。
注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#增材制造 #3D打印
