金屬3D打印無支撐水平圓孔、倒圓錐等特殊結構，華曙高科取得突破

南極熊導讀：隨著產業(yè)應用的深入和規(guī)模的擴大，國內金屬3D打印廠商開始各顯神通。

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(qū)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(xù)創(chuàng)新自主研發(fā)，目前，工業(yè)級3D打印領航企業(yè)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(yè)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(qū)域，業(yè)內通常將傾斜角45度以下的懸空區(qū)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(qū)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(fā)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(yōu)化做了很多前瞻性研發(fā)工作，經過多年技術沉淀和創(chuàng)新研發(fā)，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(tǒng)掃描技術明顯提升。

經過持續(xù)創(chuàng)新自主研發(fā)，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(yōu)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(yōu)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(jié)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(tǒng)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(xù)對金屬增材制造技術潛力和創(chuàng)新工藝進行深入研究與挖掘，進一步釋放其創(chuàng)新活力和發(fā)展空間。歡迎有意向的先鋒客戶與其聯系，共同探討實踐少支撐技術應用，推動3D打印產業(yè)化發(fā)展。