3D打印技術(shù)是增材制造的主要方式，依據(jù)由CAD構(gòu)造的產(chǎn)品零件毛坯三維模型，通過離散獲得堆積的路徑、限制和方式，采用堆積材料疊加起來形成三維實(shí)體。對(duì)其進(jìn)行分層切片，得到各層截面的輪廓。按照這些輪廓，激光束噴射源選擇性地噴射一層層所需要加工的材料粉末，并進(jìn)行燒結(jié)，形成各截面并逐步疊加成三維產(chǎn)品。
（1）建模。由CAD軟件設(shè)計(jì)出所需加工零件毛坯的計(jì)算機(jī)三維曲面或?qū)嶓w模型。
（2）分層。將三維模型沿一定方向，離散成一系列有序的二維層片。
（3）層面處理。根據(jù)每層輪廓信息，按照CAD軟件設(shè)計(jì)工藝規(guī)劃，選擇加工參數(shù)，自動(dòng)生成數(shù)控代碼。
（4）層面加工與粘接。成形機(jī)制造一系列層片并自動(dòng)將它們聯(lián)接起來，得到三維物理加工的零件毛坯實(shí)體。
（5）層層堆積。噴射材料粉末，通過CAD軟件，按照零件毛坯形狀進(jìn)行層層噴射粘接。
（6）后處理。①清理零件表面，去除輔助支撐結(jié)構(gòu)。②對(duì)3D打印的鈦合金毛坯進(jìn)行真空熱處理，消除殘余應(yīng)力，提高組織強(qiáng)度。
3D打印具有以下特點(diǎn)：
（1）高度柔性，可以制造任意復(fù)雜形狀的三維實(shí)體。
（2）CAD模型直接驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)制造高度一體化。
（3）成形過程無需專用夾具或工具。
（4）無需人員干預(yù)或較少干預(yù)，是一種自動(dòng)化的成形過程。
（5）成形全過程的快速性，適合現(xiàn)代激烈的產(chǎn)品市場(chǎng)。
如圖1所示鈦合金框架，零件外形尺寸φ148mm×44mm、壁厚4mm，加工精度要求主要針對(duì)φ36H7定位孔和2個(gè)φ16g5軸承孔，其余大部分為筋。
圖1 框架零件圖
若采用鈦合金棒料加工，棒料重3.4kg，零件成件重0.9kg，材料利用率僅為26%，大量的鈦材被掏空，并且要完成成件加工，需要采用數(shù)控機(jī)床分多次進(jìn)行型腔及外形的加工，工藝繁瑣。為了消除零件加工應(yīng)力，需要采用多次熱處理去除加工應(yīng)力，其工藝流程為：下料→粗加工→熱處理→半精加工→數(shù)控銑削內(nèi)腔→熱處理→基準(zhǔn)加工→精加工。
若采用3D打印毛坯，毛坯質(zhì)量?jī)H為1.2kg（見圖2）。
根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)，通過CAD構(gòu)建零件加工的三維模型，選擇激光燒結(jié)法，先在工作臺(tái)上鋪上一層有很好密實(shí)度和平整度的鈦粉，用高強(qiáng)度的激光器在上面掃描出零件截面，由點(diǎn)到線到面，逐漸掃描堆積，利用滾子鋪粉壓實(shí)，再燒結(jié)，形成一個(gè)層面，如此層層疊加為一個(gè)三維實(shí)體，對(duì)有精度要求的加工面留余量1.5mm，一些讓位加工面及筋在3D打印時(shí)直接成形。零件加工時(shí)，僅加工φ36H7定位孔及端面，并采用端面壓緊方式完成零件2個(gè)φ16g5與軸承配合孔的加工。零件加工夾具如圖3所示。這種加工方法縮短了加工周期，避免了大余量的切削，減少了粗加工工序，控制了零件多次數(shù)控銑形造成的加工變形，降低了加工成本。零件加工工藝流程為：3D打印→熱處理→半精加工→熱處理→基準(zhǔn)加工→精加工。
經(jīng)過多批次的零件加工，采用3D打印零件毛坯具有較高的柔性，無需任何專用工具就可以快速方便地制造出其毛坯，具有NC機(jī)床無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，即快速方便、高度柔性。由于一些尺寸是毛坯直接成形，減少了切削次數(shù)，使零件加工應(yīng)力及變形得到了控制。該方法可以擴(kuò)展到其他大型曲面零件及高精度彈體連接零件的加工，對(duì)于提高零件加工的尺寸精度及形位公差的穩(wěn)定性、降低生產(chǎn)成本有著重要的意義。