项目简介：

      目前，3D打印技术在现代制造技术中迅速发展和不断成熟。本项目在原模型的生产创新中使用3D打印技术的可能性进行了探讨，3D打印技术的优势主要在于它能够基于CAD模型直接打印生产，即CAD模型的文件就是生成增量制造的信息源。

       CAD-CAM系统在金属复杂造型生产过程中广泛使用，随着3D打印技术的不断发展，尤其是SLS、FDM等制造技术和智能机器人技术的不断成熟， 使的Delta结构并联机器人与3D打印的结合使用越来越广泛。

      本项目基于CAD模块，结合3D打印，创新解决生产方案。由原模型到生产，最重要的阶段是开发合适的CAD实体模型。本项目从混合制造（HM）与不同的加减工艺的制造工艺机理出发，阐述了结合金属元素补充的CAD-CAM系统与3D打印技术制作组件的创新混合设计的过程。

设计思路、设计方案：

      3D打印技术的不断发展和成熟，为CAD-CAM系统提供了便利。如今的CAD程序本身就有广泛的设计可能性。传统的CAD-CAM系统对于切屑加工还是比较困难的，需要通过编程来实现不同精度、不同形状以及不同工序的加工。结合了3D打印技术后，CAM就更加灵活。如图1所示，结合3D打印与CAD-CAM系统来实现混合设计以及G代码的编制过程。

图1 设计思路图

项目开发过程、关键数据：案例说明

1.机器人夹紧系统的CAD设计

如图2所示，在Geomagic软件中基于孔尺寸开发的虚拟模型。

图2 Geomagic构建的虚拟模型

为了提高外表面的加工精度，决定将如图2所示的机器人夹紧装置分两部分组成。伺服机构的圆柱部分用于调节夹角，平面部分固定夹持部分。同时，伺服机构由于可以调节倾斜角度，可以将夹钳附加在适当位置。

2.制造混合设计

打印的过程如图3所示,打印的源文件是Sli3R软件，而它是使用Geomagic的.stl文件来生成的，参数设定如表1所示，材料采用PLA材料，打印时间设定为40min。

表1 Slic3R软件编写G代码所用的3D打印参数

3D打印参数	代号	数值
喷嘴温度	Nt	210摄氏度
喷嘴直径	Dn	0.5mm
打印层厚	h	0.3mm
填充量	f	50%

创新点：

      本项目主要围绕FDM方法的3D打印实例，实现由预制的金属材料来生成的混合结构实体，同时，基于CAM软件的CAD模型的特殊特征结构，可以通过3D打印技术来实现，在这过程本项目选用的CAD软件是Geomagic，CAM软件是Sli3R，并由3D打印技术来实现由混合设计的特殊零部件。

项目实用价值、应用情况：

      CAD-CAM系统广泛应用于复杂形状零部件的生产过程中，尤其是金属零部件，然而3D打印技术的快速发展和不断成熟，在制造过程中的使用是必然的趋势。目前，随着SLS（选择性激光烧结）、FDM（热融熔）等多种制造技术的不断发展成熟，使得最常见的通用材料都能够成型。而且，金属合金增量制造技术的不断发展，同时也可以适用于塑料的生产加工过程中。在这些技术中，FDM技术的使用最为广泛，也填补了并联结构中3D打印技术的空缺，例如Delta打印机就是Delta结构并联机器人与3D打印技术的结合。

      3D打印由于它本身就能基于CAD模型来实现制造的特点，这一特点使得它能够在原模型制作过程中来开发一个合适的CAD实体模型。近期，混合制造结合不同的增减材料的制造工艺得到了广泛关注。