五轴增材制造技术

据报道，三菱电机研究实验室（MERL）正在使用5轴增材制造技术——也就是一些人所谓的5D打印——来制造强度要比常规3D打印强3至5倍的部件。

从战斗机到液晶电视，日本跨国企业三菱几乎涉足了电子和电气设备的几乎每个领域。该公司在世界各地运营，但是有一些最重要的研究活动实际上是在美国发生的。比如MERL就是该公司设在美国的一个重要的研究机构。

作为一家业务多元化的公司，三菱当然也涉足了3D打印技术：两年前，该公司重工业部门宣布，它将考虑用增材制造技术打造火箭部件。不过现在，MERL的正在致力于完善一种特别的3D打印方法，如果成功，将能够帮助该公司制造出适合关键应用的更强部件。

这种特别的方法就是所谓的五轴增材制造，它在3D打印头运动的X/Y/Z3个轴之外又增加了两个轴来控制打印床的运动，也就是打印床可以来回倾斜，从而把总轴数增加到了5个。另外，这些5轴3D打印机运行方式也与我们常见的3D打印机不同，不再整齐地将一层层材料平整地堆叠起来。。

MERL高级首席研究科学家William Yerazunis最近做了一个实验来展示5轴增材制造的好处在哪里。这位三菱的专家首先使用标准的3D打印机（只有三个轴）打印出了一个小型塑料压力盖。由于其均匀的分层结构，这个3D打印的盖子明显弱于注塑制品。这个盖子的所有层都是平的，压力很容易沿着薄弱的层间结合处将盖子扯开。”Yerazunis解释说。

然而，Yerazunis仍然使用同样的3D打印机和材料就有效地提高了3D打印部件的强度。其中的秘密在于采用五轴增材制造的改变了每层的沉积方法。为了证明这一点，Yerazunis和他的研究团队接着使用他们的“5D打印”方法使用相同的CAD模型，制造了相同的压力盖，却获得了更强的结构。“如果我们考虑到来自内部的力量，并将沉积的每层材料从平面改成沿着压力盖最大应力线的曲面，我们就可以将它强度提高到3到5倍，而且使用的材料也减少了25%。”Yerazunis说。

不出所料，5D打印的压力盖要比3D打印同样形状的压力盖要好的多：3D打印压力盖能够抵抗大约0.1MPa的压力，而5轴增材制造的压力盖则能够承受3.7MPa的压力。这就大幅增加了强度，同时减少了材料的使用。

“不过5D打印确实需要进行大量的分析，而且它需要知道打印部件的用途。”Yerazunis说。“但当你可以用它将一个部件的强度增加五倍的话，为此做出一些改变还是值得的。”