3D打印如何胜出传统加工工艺？

通常我们认为相比于传统加工工艺，

更适合加工一些形状尤其复杂的产品。然而，我们容易忽略3D打印另外一个特点，那就是对材料的节约。

资源驱动的增材制造项目可能没有特别复杂的设计或奇特的外观几何形状，但是出于对零件更短交货的要求，或者对于采购昂贵并且难以加工的特殊材料的零件驱动，3D打印在这一领域不仅有着其用武之地，还有着一定的商业化前景。

传统加工的痛点

大型空心零件是很好的例子，例如铬镍铁合金航空航天外壳和钛潜水压力容器。

通常这些零件被用作原型开发阶段，或用于维持阶段来满足缺乏的库存需要。通常，这些生产批量小，高度定制的产品可以通过3D打印来作为成本较低的选择。

例如考虑到制造一个大的，空心的肋状铬镍铁合金零件。如果通过5轴铣削来从钢坯中切削掉多余的材料，这当然是可能的，并且会产生优异的质量，但是这需要大量的材料来加工，并且产生浪费。而且从材料采购，到

编程，再到夹具等，这些步骤都需要花费很多时间才能开始工作。

尤其是对于Inconel合金这样难加工材料来说，即使对于在铬镍铁合金的CNC铣削加工方面经验丰富的机械师来说，机床上的刀具磨损也是不容忽视的，刀片的更换也将限制整个过程的自动化程度。而对于Inconel718这样的材料的机加工来说，加工需在材料的固溶处理后进行，并且要考虑到材料的加工硬化性，与奥氏体不锈钢不同的是， Inconel718这种材料适合采用低表面切削速度。

总之，对于难加工材料的机加工来说，加工挑战很大，并且对于大余量的切除工作，不仅会浪费大量的昂贵材料，而且长时间的加工工作，显着带来刀具的磨损，这最终会使得加工价格变得高昂。

省，是昂贵材料加工领域的聚焦点

3D打印的一个直观的好处是，通过增材的方式来完成零件制造，这样避免了刀具的浪费，也避免了大量断屑的产生，通常CNC机械加工中断屑与加工中冷却液混合在一起，使得其回收变得几乎不可能，这对于资源消耗来说，也是长期难以承受的。

一个比较现实的案例是航空工业领域的结构件，在机加工环境下，一些钛合金结构件甚至需要高达70%以上的大余量材料去除，根据3D科学谷的市场观察，

甚至给这一领域的锻造技术带来了冲击，加工周期的大幅缩短、材料利用率的大幅提高、低碳环保的制造方式等都成为航空结构件制造的新发展方向。

3D打印目前已经逐步确立的具有优势的应用领域，包括飞机结构件一体化制造（翼身一体）、重大装备大型锻件制造（

锻件）、难加工材料及零件的成形、高端零部件的修复（叶片、机匣的修复）等传统锻造技术无法做到的领域。

渐行渐近的商业化之路

而在这方面，根据3D科学谷的市场观察，波音在2017年就采用了No

k

tanium生产的Ti-6Al-4V钛合金结构件。这些3D打印的钛合金结构件被安装在波音787 Dreamliner飞机中，承受飞行中机身的压力。使用的制造工艺为 Norsk Titanium 的快速等离子沉积？技术，并在2017年2月获得了首个3D打印钛合金结构件的FAA认证。

与本文前面所提到的Inconel合金类似，钛合金也是一种昂贵且难加工的材料，而通过快速等离子沉积？技术3D打印钛合金结构件，可以最终为每架波音的Dreamliner飞机节省200万美元-300万美元的成本。

而在3D科学谷看来，3D打印带来的不仅仅是Norsk Titanium 的快速等离子沉积？技术这样的直接加工金属材料的节约，还涵盖了间接概念上的材料节约。拿3D打印砂型模具和精密模具来说，3D打印就开辟出了又一条多、快、好、省的捷径。

拿德国voxeljet-维捷与法国Sogeclair合作的仿生力学舱门来说，通过Binder Jetting粘结剂喷射3D打印技术成功制造了舱门的精密铸造模具。从而通过铸造的环节将舱门重量减轻30％，并且不牺牲舱门所需要达到的力学强度，大大节约了材料。