如同大多數(shù)技術(shù)領(lǐng)域一樣，3D打印領(lǐng)域的創(chuàng)新永無止境。我們不斷收到關(guān)于新材料、優(yōu)化工藝以及曾經(jīng)看似科幻的應(yīng)用的新聞。在此背景下，基于材料沉積的多軸3D打印技術(shù)已成為一種趨勢，不斷突破技術(shù)極限。但它的工作原理是什么？它有哪些優(yōu)勢？目前有哪些解決方案？

多軸3D打印究竟是什么？簡單來說，它是一種運動系統(tǒng)，使打印機擁有比標(biāo)準(zhǔn)機器更多的“關(guān)節(jié)”。傳統(tǒng)的3D打印機，無論是笛卡爾坐標(biāo)系、CoreXY還是Delta，都只能在三個方向上運動（前后、左右和上下），而多軸系統(tǒng)則增加了旋轉(zhuǎn)和傾斜功能，理論上可以達到5軸、6軸甚至更多軸。這種運動自由度不僅限于噴嘴；根據(jù)機器的架構(gòu)，旋轉(zhuǎn)可以發(fā)生在打印頭、構(gòu)建平臺或兩者上，并且兩者可以協(xié)調(diào)運動。這使得打印頭能夠沿著零件的曲面旋轉(zhuǎn)，垂直沉積材料，而不是像傳統(tǒng)方式那樣逐層打印。這個過程也稱為非平面制造。

多軸3D打印的優(yōu)勢

噴嘴與工件接觸點方向的可控性克服了熔融材料沉積中最常見的局限性：

消除支撐：通過在打印過程中傾斜零件或打印頭，懸臂結(jié)構(gòu)可以依靠已打印的材料支撐，從而消除材料浪費和手動后處理時間。

結(jié)構(gòu)完整性和各向同性：在標(biāo)準(zhǔn)打印中，零件層間通常存在脆弱性（各向異性）。多軸打印系統(tǒng)使材料層與物體所受力的方向保持一致，從而倍增其強度，并在各個方向上提供近乎均勻的性能。

表面光潔度提升：通過消除曲面上的“階梯效應(yīng)”，粗糙度顯著降低，從接近38微米降至僅12微米。根據(jù)多項研究，這可獲得光滑的紋理，幾乎無需打磨。

為了使這套運動系統(tǒng)正常運行，硬件和軟件之間的完美同步至關(guān)重要。硬件方面，有穩(wěn)定性高的龍門架系統(tǒng)，以及以靈活性著稱的機械臂。軟件則扮演著系統(tǒng)大腦的角色：諸如ADAXIS的AdaOne或5 Axis Slicer等工具負(fù)責(zé)軌跡規(guī)劃，以避免機械臂與工件之間的碰撞，并實時優(yōu)化材料流動。

在多軸3D打印中，材料會跟隨零件的實際幾何形狀（圖片來源：斯圖加特大學(xué)（左）和MAGE Printing（右））。

該過程的應(yīng)用

由于能夠控制空間和材料，多軸系統(tǒng)已成為以下關(guān)鍵領(lǐng)域的寶貴工具：

航空航天：制造渦輪葉片和帶有優(yōu)化內(nèi)部冷卻通道的輕質(zhì)支撐結(jié)構(gòu)。

施工：使用機械臂打印懸臂角度達60度的混凝土墻和立面

維修和保養(yǎng)：修復(fù)金屬零件磨損區(qū)域，而無需重新制造。

電子學(xué)：將導(dǎo)電電路直接印刷到曲面或有機表面上。

最后，目前市場主要由DMG Mori、Meltio和Mazak等混合系統(tǒng)制造商主導(dǎo)，這些制造商已成功將金屬3D打印和銑削精度集成到一臺機器中。多軸系統(tǒng)長期以來一直應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。然而，桌面3D打印領(lǐng)域的研究和開發(fā)正在加速推進。最近的一個例子是Aibuild與Generative Machine Company的合作，雙方共同打造了一款面向?qū)I(yè)用戶的五軸桌面打印機。這款打印機將于2026年上市，旨在讓工程師和設(shè)計師能夠更便捷地使用多軸設(shè)計技術(shù)。

來自Aibuild和Generative Machine公司的FFF GenerationOne 5軸打印機（圖片來源：Generative Machine）。

多軸3D打印是該行業(yè)發(fā)展演變的有力證明。曾經(jīng)被視為限制的因素，如今已轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N更高效的運動系統(tǒng)，這證明在3D打印領(lǐng)域，唯一不變的就是變化。

編譯整理：3dnatives