增材制造工艺使用在 CAD 系统中创建的 3D 几何图形作为指导，将材料一层一层地沉积在另一层之上。该材料通常是聚合物或金属。四轴飞行器项目使用增材制造，涉及金属和聚合物——金属用于构建带有随形冷却通道的模具嵌件，以及聚合物用于廉价地制造塑料模具以解决所谓的“前 200 个问题”。
打印廉价的塑料测试模具
使用西门子软件和数字孪生技术模拟现实世界的过程，大大增加了结果成为完美零件的机会。但鉴于注塑模具的成本极高，我们采取了额外的步骤，使用增材制造进行模具制造，以确保我们最终不会得到与四轴飞行器其余部分不完美匹配的四轴飞行器外壳。
在增材制造出现之前，以高昂的成本建造真正的金属注塑模具，然后生产少量零件来检查它们的配合。如果由于某种原因生产的零件无效，以高昂的成本建造真正的金属注塑模具
对于打印的原型模具，使用基于聚合物的增材制造工艺来创建模具的高度精确的塑料版本。虽然对于大批量生产运行不够坚固，但塑料模具可适合生产多达 200 个零件——足以确定我们的零件是否适合四轴飞行器组件的其余部分。用于随形冷却的印刷金属模具
在设计四轴飞行器模具时，注意到特别关注模具的冷却过程。这样做的部分原因是冷却会影响模制部件的质量。同样重要的是，冷却时间对成型工艺的效率有很大影响。由于更快的冷却意味着更快的循环时间，因此减少冷却循环可以提高过程效率，从而提高最终零件的盈利能力。
使用传统技术进行模具冷却包括在模具嵌件中钻出冷却液通道。钻孔通道的局限性在于它们必须遵循直线。更好的方法是使用随形冷却通道，之所以这样称呼，是因为这些通道紧密跟随或符合被成型零件的形状。由于通道与成型表面的距离一致，因此温度更均匀（提高质量）以及更好的整体冷却（缩短循环时间）。
增材制造是使随形冷却成为可能的技术，西门子提供了模具增材制造所需的所有功能，从设计到打印再到打印后验证。在设计四轴飞行器模具的共形通道时，可以使用 NX 中的特殊功能，这些功能允许使用晶格结构等高级功能，从而增加流体涡度以实现更好的对流传热。
为了打印最终模具，使用 NX 模型以及两个西门子解决方案，NX Additive Manufacturing 和 Simcenter 3D for AM，来设置增材制造操作，在软件中对其进行模拟和优化，然后对过程（金属Stratasys 机器上的粉末床融合），该机器创建了带有随形冷却通道的模具。
第一项任务是构建准备，这是获得优质增材制造输出的关键步骤。在这里，我们利用 NX 增材制造中的集成构建准备工具来简化此步骤。
接下来，将模型转移到 Simcenter 3D for AM，这能够模拟和优化构建过程，以便在第一时间就获得正确的打印结果。在定义工艺参数（材料、零件数量、层切片、激光参数等）后，运行了模拟，它在打印零件的数字孪生上显示了温度分布和变形。
然后，使用基于边界表示 (BREP) 模型的强大几何修改技术将零件变形转移到初始几何形状以对其进行预变形。新的补偿零件文件用于构建托盘而不是原始文件，确保模具及其冷却通道的准确构建。最后一步涉及使用NX CAM 软件完成零件的高精度铣削操作。
用于模具修复的增材制造
尽管这不是四轴飞行器项目的一部分，但我还是想简要提及模具增材制造的另一种用途——用于修复磨损点等损坏。在此用例中，增材制造工艺用于在磨损点处构建材料，然后在构建后进行 CNC 操作以点铣和抛光该区域。
这种混合工艺现在可以在一台机器上进行，大大简化了模具维修。例如，DMG MORI Lasertec 65 可进行 3D 激光堆焊和 5 轴铣削。西门子 NX CAM 软件支持 Lasertec 机器，为激光路径（增材制造）和切削刀具路径（减材加工）提供编程。诸如此类的混合机器允许仅通过一次设置即可完成模具维修，从而显着节省时间和成本。
