160 平方米 3D 打印居住舱：建造经验

Mars Dune Alpha 的建筑面积约为 160 平方米，由龙门机器人逐层铺设水泥基混合料打印而成。这台打印机并非桌面设备的简单放大版。它运行在轨道或悬臂系统上，喷嘴头在一次连续走刀中走完整个墙体长度，这意味着整个建造过程取决于单一运动平台能否在数小时内保持精度。

混合料与设备同样重要。火星风化层模拟物用聚合物或地质聚合物粘结剂结合，使材料固化速度足以支撑下一层而不塌陷。在地球上，等效混合料通常是水泥、砂和流变改性剂。层高通常在 10 mm 到 30 mm 之间，条带宽度一般是层高的两到三倍。

外壳打印完成后，工作远未结束。气闸、窗户和管线穿墙孔的开口需要切割或预埋。配合面需要平面度。这正是减材加工介入的地方，也是工业制造中常见的分工：打印大形状，加工接口。

• 1
  龙门规模墙体长度 10 m 以上，单次连续走刀打印完成。
• 2
  层高通常为 10–30 mm；条带宽度为层高的 2–3 倍。
• 3
  固化窗口混合料必须在下一层落下前变硬。
• 4
  二次工序开口和配合面在打印后切割。

挤出式打印无法保证严格尺寸。打印态表面沿墙体通常有 ±0.5 mm 或更大的波动，拐角因喷嘴直径固定而变圆。对居住舱外壳来说这没问题。对把泵固定到框架上的支架来说则不行。

实际分工是这样的：形状复杂、尺寸宽松的零件用打印，接触其他零件的部位用机加工。打印铝制歧管可以先打印到近净成形，再在三轴或四轴铣床上端面、镗孔和攻丝。打印表皮在第一刀就被切除，关键内孔达到 ±0.005 mm。

机加工打印件还有第二个原因。粉末床工艺会留下内应力，薄壁在从基板上切下后可能变形。如果打印件后续要机加工，应在打印前规划余量，而不是打印后。铝件每个加工面留 0.5–1.0 mm 余量是合理的起点；钛合金和钢合金通常需要更多。

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  打印复杂几何形状、宽松尺寸、内部通道。
• 2
  机加工配合面、内孔、螺纹、密封面。
• 3
  余量铝件每面 0.5–1.0 mm，钛合金更多。
• 4
  顺序尽可能在精加工前进行去应力或退火。

居住舱外壳及其内部硬件很少使用同一种材料。外壳是水泥基或地质聚合物复合材料。接头、舱门和设备安装座是金属。如果设计金属部分，问题在于哪种合金既能打印又能机加工。

6061 铝和 AlSi10Mg 是常见选择。AlSi10Mg 在激光粉末床系统上打印干净，机加工后表面质量好。6061 变形铝材更易采购、成本更低，但不太适合打印。Ti-6Al-4V（TC4）打印性能好但机加工慢；需考虑更多刀具磨损和更长周期。316L 和 17-4PH 不锈钢均可打印和机加工，17-4PH 可在机加工后时效以提高强度。

塑料的表现不同。ABS、PC、POM、PA 和 PEEK 都可打印，也都可机加工。PEEK 需要特别注意。它打印温度高、有磨蚀性，需要锋利刀具和充足的切削液或吹气。如果打印 PEEK 件有密封面，应机加工该面，不要依赖打印表面。

• 1
  AlSi10Mg打印干净，机加工后表面质量好。
• 2
  Ti-6Al-4V打印性能好，机加工慢，刀具磨损高。
• 3
  17-4PH可打印、可机加工，之后时效硬化。
• 4
  PEEK有磨蚀性；密封面应机加工，不要打印。

打印居住舱零件及其地面同类件以三种形式到达机加工车间：近净形打印毛坯、铸件和焊接件。三者有共同问题。交付态表面不是基准，第一道工序必须建立基准。

对于打印毛坯，我们通常先夹在牺牲凸耳或打印凸台上，加工一面，翻转，再加工另一面。这样得到两个平行基准。之后，如果零件有多个面上的特征，就转到五轴加工中心；如果几何形状简单，则留在三轴机床上。Ø400 mm 转台可处理该直径以内的大多数圆形打印件。

尺寸决定机床选择。我们最大行程为 4,000 × 400 × 150 mm，可覆盖长条形打印梁和导轨。中型零件在 750 × 1,150 × 550 mm 或 600 × 600 × 600 mm 机床上加工。小型精密零件放在 500 × 500 × 450 mm 或 500 × 310 × 200 mm 平台上。把零件匹配到合适的加工范围比机床数量更重要，因为装夹不当的零件需要重新装夹，而每次重新装夹都会损失公差。

• 1
  第一步从打印态或铸造态表面建立基准。
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  第二步铣削两面，作为平行参考。
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  第三步以这些基准加工关键特征。
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  第四步零件下机前完成检测。

打印件会隐藏缺陷。气孔、未熔合和内部空洞不会显露在外。如果打印件承受载荷或密封压力，应提前确认检测方法：根据风险选择渗透检测、X 射线或 CT。对于非关键支架，尺寸检测通常足够。

在加工方面，数字不会因为毛坯是打印件而改变。铣出的内孔仍然是铣出的内孔。关键特征我们控制在 ±0.005 mm，表面粗糙度在精加工时达到 Ra 0.2–0.8 μm，标准高光洁度加工为 Ra 0.8–1.6 μm，加工态为 Ra 1.6–3.2 μm。

询价时，请随模型提供打印方向和毛坯余量。这会影响装夹方案，也会影响价格。按实心坯料报价、后来却以打印近净成形毛坯供货，属于不同的加工任务。请说明你要哪一种。

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  发送STEP 文件、打印方向、毛坯余量、关键尺寸。
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  询问哪些特征需要加工，哪些保持打印态。
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  预期如果某些要求无法保证，报价会附上 DFM 说明。