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。

      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。

1.最小細節(jié)特征

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

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

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。

      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。

      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。

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。

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。

6.橋接結構

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

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。

      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！

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。

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！

      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。

      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。

      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。

1.最小細節(jié)特征

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

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

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。

      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。

      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。

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。

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。

6.橋接結構

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

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。

      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！

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。

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！

      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。