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干貨——直接金屬3D打印的十大設計維度

3D打印動態(tài)
2016
12/20
15:52
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本帖最后由 小軟熊 于 2016-12-20 15:52 編輯

每一種增材制造技術都有各自對應的設計原則,,這樣才能更好地發(fā)揮出技術本身的優(yōu)勢,,提高部件生產(chǎn)質量,。Proto Labs高級質量工程師Jonathan Bissmeyer向我們介紹了直接金屬3D打印(DMLS技術)的“十大設計維度”,,南極熊覺得,,只有部件通過了拓撲優(yōu)化和輕量化以后采可以最大限度發(fā)揮3d打印技術的優(yōu)勢,,那么接下來隨技術牛人一起看看如何才能更好地避免設計漏洞吧!

1.首先,,直接金屬3D打印的設計要專注兩個要求:
減少部件數(shù)量在金屬3D打印技術的基礎上,,可以將部件設計為一體化的,這樣能減少大量的組裝和維修功夫,,從而節(jié)省成本,。當然,這也有利于減重,。

NextGen 3D打印汽車框架體現(xiàn)了一體化設計的概念。所有的鋼制組件都能通過3D打印節(jié)點相連接,,而這些節(jié)點的厚度和幾何形狀可以自由調整,。

減重另一個減重的策略是,進行空心設計,。對航天航空業(yè)等制造部門來說,,減重很重要,因為可以節(jié)省燃油,。

2.精度細節(jié)
直接金屬3D打印設備可以實現(xiàn)0.006英寸的成型精度,。對一些類似網(wǎng)格結構、尖銳的設計來說,,這種精度太重要了,。但當然并非部件的每一部分精度都得這么高。3D打印過程中的快速加熱與冷卻過程會對部件內(nèi)部施加應力,,從而產(chǎn)生一定變形,,影響精度。

以上5個2英寸高的面板是按照不同厚度進行設計打印的,。最薄的一個厚度僅為0.006英寸(0.15毫米),。右邊的面板僅為四分之一英寸高,然后向左依次增加高度,。這些部件中,,1毫米厚度的部件是唯一一個沒有發(fā)生翹曲的。

一個通用原則是,,垂直部件高度與壁厚比應保持在40:1左右,。設計時,可以減少無支撐垂直的結構,,多在邊緣部分設置包裹加固的部分,。

3.表面精度
DMLS部件的表面光潔度通常被看作一大挑戰(zhàn)。表面粗糙度會碎材料,、構建參數(shù),,部件路徑而變化,。通過調節(jié)參數(shù),可以從一定程度上降低表面粗糙度,,但可能會相應地犧牲材料參數(shù),。



后續(xù)輔助操作(如機械加工、手工拋光)可以降低表面粗糙度,,但一些特殊表面可能比較難直接處理,。另外,這些后處理的成本是一大問題,。


不同材料和打印路徑的典型Ra值對比(設備為兩臺Concept Laer的DMLS 3D打印機)

通常來說,,向下傾斜一定角度的表面最粗糙,而垂直側壁表面表面會比較精細光潔,。因此在進行3D打印之前,,最好能先確定好關鍵表面和特征。

4.外部支撐
在DMLS部件中,,設置支撐的原因有兩個:將部件固定在合適位置,、消除打印過程的內(nèi)部應力。當部件有厚的橫截面時,,需要增加支撐防止翹曲,。

無論是增加支撐,還是去支撐,,都是要花時間,、花成本的。因此設計時考慮這個方面,,盡量減少支撐是很關鍵的,。

5.內(nèi)部特征
在增材制造的基礎上,你可以在單個零件的文件中創(chuàng)建內(nèi)部特征,,但這必須謹慎,。要考慮好通道尺寸和形狀、懸垂距離,、內(nèi)部支撐角度和連接面的尺寸,。


可以考慮用自支撐晶格結構代替內(nèi)部空隙,這種做法不僅大大降低了部件重量,,還可以減少打印時的內(nèi)部應力,。

6.內(nèi)部(自)支撐
比如自支撐的角度設計。角度越低,,支撐能力越小,。實際的角度值要根據(jù)材料和打印路徑進行調整,45°角一般能比較好地起到支撐作用,,并保持一致的表面粗糙度,。



7.懸垂結構
懸垂是設計中要考慮的一個關鍵組成部分,。懸突是與逐漸自支撐角相比的幾何形狀的突然變化。 與其他3D打印技術不同,,DMLS保留無支撐懸垂結構的能力有限,。 無支撐懸垂達到0.020英寸(0.5毫米)的時候,很容易會出現(xiàn)構建失敗的情況,。



8.內(nèi)部通道
越來越多的部件會設置共形冷卻通道和模具空隙,。隨形冷卻通道可以延長部件壽命。在內(nèi)部通道的設置上,,首先要了解尺寸限制,。直徑大于8毫米的通道可能會產(chǎn)生向下變形,這時候可能金剛石,、水滴形狀會比常規(guī)的圓形通道更好,。



9.連接面

連接面是在兩側或多側間起連接作用的平坦部分,在DMLS技術中,,其無支撐距離跨度大于2毫米是,容易出現(xiàn)問題,。


10.內(nèi)部應力
快速加熱和冷卻產(chǎn)生了內(nèi)部應力,。垂直面/柱之間的過渡拱道可以減少或消除內(nèi)部應力。


大的實心部件容易發(fā)生翹曲,。除了打印起始位置不正確,,低粘附性也可能是原因之一。增加支撐,、設置更大的橫截面,,有助于消除內(nèi)部應力。

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來源:3d打印世界
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