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金屬3D打印設計指南,你需要知道的那些事 

2020-06-23 17:49
      導讀:金屬3d打印是3d打印行業(yè)的主要分支,我們可以通過金屬3D打印設計來改進傳統(tǒng)零件結構,創(chuàng)造出性能更優(yōu),成本更低,甚至顛覆性的創(chuàng)新產(chǎn)品;想下面這個案例通過創(chuàng)新結構設計,利用3D金屬打印技術打印出目前世界上散熱最快的結構,而這種零件只能通過3D打印才能制造出來。
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      其次,通過金屬3D打印減少零件的個數(shù)、減輕重量、減少裝配成本和制作高復雜零件這四點來綜合降低制造成本。這里資源庫就給大家分享一些金屬3D打印設計所急需的知識。這里的參數(shù)不代表任何標準,不同設備數(shù)值多少有些差異。
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1.最小細節(jié)特征
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最小細節(jié)特征不小于0.15mm,也就是說小于0.15mm的特征、細節(jié),有可能會被忽略,表現(xiàn)不出來。比方說一個0.1的卡槽,盡管最小光斑可以小于0.15mm,由于細節(jié)是有特征的,特征有可能被忽略。


2.最小壁厚

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最小壁厚可以達到0.2mm,但建議不要小于0.5mm, 最小壁厚還跟物品的結構,還跟物品的高度和壁厚的比值有關,一般來講這個比值不要超過40,超過40就有可能發(fā)生走形的情況。


3.表面光潔度
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表面的粗糙程度,光滑程度和三個因素有關:(1)打印材料;(2)建造參數(shù);(3)零件擺放方向。

在不同的打印情況下,表面粗糙度的情況,設備,形狀,擺放等等,都對表面有影響,總體來說垂直比傾斜表面好,傾斜上表面好于下表面。


4.支撐結構

江湖一直有個傳說,使用粉末3D打印技術不需要支撐,這可能對SLS塑料是成立的,但對于金屬3D打印,支撐是需要的,而且很多時候還是必要的;金屬3D打印的支撐的主要作用有:(1)與打印平臺連接;(2)保住零件的形狀;(3)防止翹邊。
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      因此,金屬3D打印有可能產(chǎn)生大量支撐結構,這就造成了兩個問題,一個就是額外的費用,第二個就是額外的工序,主要是指去支撐,有時候支撐去的讓人懷疑人生,這畢竟是金屬支撐,不是塑料支撐,打磨也是痛苦。那怎么辦?就這么忍受嗎?其實不應該,應該發(fā)揮3D打印所能帶來的設計自由度,設計出來支撐很少,性能更好的部件,舉例來說,下面一個零件,傳統(tǒng)的結構,如果要直接打印,產(chǎn)生支撐是非常多的,重新設計之后(右),基本上不需要支撐,強度更高,是用蜂窩狀結構,重量還減少。
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      支撐產(chǎn)生的角度不同的設備和材料可能不一樣,多數(shù)情況下,單靠粉末來支撐傾斜角是不夠的。如圖所示小于30度,基本上不加支撐就不能看了。
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5.懸空

橫截面上面一層比上一層大,就產(chǎn)生了懸空。金屬3D打印對懸空的容忍度是比較低的,大于0.5 mm的懸空就會產(chǎn)生問題。
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內(nèi)孔一般有自支撐結構,一般情況對打印影響不大,這對于生產(chǎn)隨性冷卻模具是非常有利的。但是,如果孔徑太大,也會產(chǎn)生問題。如圖所示,一般孔徑小于8mm,都可以達到自支撐的效果,大于8mm,會產(chǎn)生懸空的問題。


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6.橋接結構
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橋接結構所允許的距離大約是2mm,還是比較小的。


7.內(nèi)應力-翹曲
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內(nèi)應力是金屬3D打印所必須要面對的一個問題,當打印物品的橫截面變化很大的時候容易產(chǎn)生比較大的內(nèi)應力,另外大面積平整表面,也會產(chǎn)生很強的內(nèi)應力,這種內(nèi)應力非常大,可以把打印基座拉變形,甚至切斷螺栓。這需要我們在設計的時候,避免橫截面突然由較小變到交大,要逐步過渡;另外避免使用大面積平整平面,換個思路想一下,如果需要一塊比較平整的平面,為啥要用3D打印呢?


8.其他設計技巧

金屬3D打印非常適合打印網(wǎng)格狀的結構,這些網(wǎng)格狀的結構,很適合做內(nèi)支撐,既能減重,強度還能保留。

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      要考慮打印完畢后支撐的去取和粉末的去除,要留出支撐和粉末去除的入口,不能打完了支撐被永久封到了內(nèi)部。

最后,給大家一個3D打印金屬設計的真是示例,大家可以體驗一下。

第一版設計:就是原始零件的設計圖, 需要三個部件來組裝,更要命的是產(chǎn)生的支撐太多!
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第二版設計:零件整合,變?yōu)閮蓚€零件,但是支撐還是令人絕望,需要的時間和生產(chǎn)效率都太低。


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第三版設計:三個零件最終變?yōu)橐粋€零件,不再需要裝備,而且,新的結構幾乎不需要支撐,最后表面成型質(zhì)量還最好,而且也很好的考慮了可能產(chǎn)出的翹起,這樣打印,幾乎不可能產(chǎn)生翹起!
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      總結來說,金屬3D打印開啟了全新的設計選項,解放了設計的自由度,讓更多的設計可能變?yōu)榱爽F(xiàn)實。但是,金屬3D打印不會取代傳統(tǒng)的制造方式,各有所長,互為補充。了解金屬3D打印的規(guī)范,才能最大程度的利用金屬3D打印的優(yōu)勢。希望本文能對金屬3D打印感興趣的朋友們一點幫助,這也是西帝摩的小小心愿。
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