按照傳統(tǒng)制造工藝，在最終用途零件進行批量生產(chǎn)之前，通常首先采用CNC加工來制造金屬原型來進行裝配和功能測試，然后再通過其他工藝進行批量生產(chǎn)。金屬3D打印作為一種新型便捷的制造工藝，加工出來的零件性能與傳統(tǒng)零件相當，甚至更好。

GE Additive開發(fā)的3D打印燃油噴嘴就是最為知名的應用案例。它將20個零件組合成一個單元，幾何形狀過于復雜以至于無法通過傳統(tǒng)工藝制造，3D打印將其實現(xiàn)了一體化成型，并減輕了25％的重量。

圖1：3D打印僅是整個制造過程最前端的環(huán)節(jié)

然而，3D打印僅僅是整個制造過程的其中一環(huán)，將金屬3D打印提升到更高生產(chǎn)水平的一個重要要素是后期處理，包括后期加工選項、材料可追溯性、檢驗報告以及相關認證，以確保高質量零件符合最終用途和行業(yè)標準。

通過機加工滿足關鍵特征要求

3D打印后的CNC加工可以實現(xiàn)高要求零件所需的更嚴格的公差，同時還能滿足增材制造的設計自由度。

通常，SLM打印的零件公差為±0.003英寸（0.076毫米），經(jīng)過后處理CNC精加工后可達±0.001英寸（0.0254mm）。與大多數(shù)3D打印過程一樣，使用線切割機床或帶鋸將零件從構建基板上取下，并用手動工具去除支撐，對于需要更嚴格公差的關鍵特征，機加工能夠滿足要求。

圖2：與SLM打印后的情況相比，精密加工可在制造后實現(xiàn)更嚴格的公差和更好的表面質量

此外，后期加工也可用于提高表面質量。3D打印金屬零件的標準表面粗糙度范圍為5-10 μm，具體取決于方向、材料和層厚度。后期加工可以實現(xiàn)最高2μm左右的表面粗糙度。CNC加工的更高精度非常適合制造精確的孔和螺紋。

通過粉末分析和材料可追溯性進行質量控制

隨著航空航天和醫(yī)療等受到嚴格監(jiān)管的行業(yè)將3D打印作為最終用途制造工藝，對于粉末材料的分析和可追溯性變得至關重要。

通過按照ASTM標準采購材料并實行單批次跟蹤，材料質量控制在打印過程開始之前就開始了。材料采購后還將進行頻繁的粉末測試確保符合ASTM規(guī)定的化學成分。除遵循這些流程外，粒度分布測試也被包括在其中，同時也會記錄源粉末的分析和機械測試數(shù)據(jù)。

通過熱處理強化零件

對3D打印的零件進行熱處理可以消除應力、降低潛在的變形和開裂風險，同時還可以使最終用途部件韌性更好、更加耐用，提高材料的綜合力學性能。常用的熱處理手段包括去應力退火、熱等靜壓、固溶退火和時效處理。

SLM過程中發(fā)生的快速加熱和冷卻可能會增加零件內部應力，因此每個SLM零件都需要按照ASTM 3301標準進行應力消除處理。專門的熱處理技術如熱等靜壓（HIP），通過在高溫條件下施加均勻的壓力可以消除大部分零件內部空隙，為減少故障提供了另一種控制方式，這是航空航天應用的普遍要求。

圖3：對3D打印的零件進行熱處理

退火是最終用途SLM零件的另一種熱處理選擇。此過程將零件加熱到高溫，然后迅速冷卻，從而改變了零件的實際微觀結構并提高了延展性。時效提高了零件的疲勞強度，使其可與鍛造材料媲美。

機械測試可以在熱處理后進行，確保生產(chǎn)零件的機械要求得到滿足。相關測試通常包括拉伸強度、洛氏硬度、疲勞和振動等。

質量保證和檢驗報告

為了確保具有高要求的零件符合嚴格的標準，需要提供許多質量檢查選項來評估零件的幾何結構、材料組織以及尺寸特征，檢查零件是否在公差范圍內并具有所要求的內部結構。根據(jù)具體零件和注意事項，可以通過坐標測量機（CMM）、光學、CT掃描以及X射線來實現(xiàn)。質量報告和認證有助于根據(jù)行業(yè)標準驗證零件，這在具有行業(yè)特定要求和高度安全考慮的行業(yè)（如航空和航天）至關重要。

GE Additive指出，航空和航天是增材制造應用最為激進的領域，其產(chǎn)品以具有很長的壽命周期和極高的安全要求而聞名。有些零件在起飛和著陸期間，或在遭遇空氣湍流的情況下將面臨高水平的熱負荷或機械負荷，這也是大多數(shù)部件要求制造檔案的一個重要原因。

圖4：3D打印的航空發(fā)動機部件與傳統(tǒng)制造部件對比

這些高安全性和質量標準通過AS9100（航空器、航天和國防工業(yè)的國際管理標準）進行監(jiān)管。該標準為供應商提供了全面的質量體系，以向航空航天和軍事實體提供安全可靠的產(chǎn)品。制造商可以按照AS9100質量管理體系的AS9102報告進行SLM生產(chǎn)零件的首次物品檢驗（FAI），驗證最終零件是否符合原始圖紙、采購訂單以及其他注明的規(guī)范。

總而言之，金屬3D打印的后處理可改善尺寸精度、表面粗糙度和機械性能。生產(chǎn)高質量零件不僅限于3D打印的制造過程，附加的后處理為高要求的最終用途零件提供了高級選項。