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3D打印百科
八个设计技巧助你提高金属3D打印模具和零件质量
发表日期:2020-12-01 13:57 浏览次数:150

       金属3D打印模具和零件的设计与塑料零件有很大不同,由于粉末床熔融技术的特殊性,金属零件的设计存在一些固有约束,我们不仅要考虑零件的强度、质量、复杂性,还要考虑零件的表面质量以及后处理的难易程度。对于金属3D打印尤其是粉末床技术,需要遵循一定的设计技巧。

       本期,我们分享金属3D打印设计技巧。
1.采用晶格结构减轻重量并保持强度
       晶格结构有助于在保持强度的同时,从实心部分去除大量材料。使用仿真分析软件来计算和去除不必要的材料,这些去除的材料实际上并不会增加零件的机械性能。晶格结构保留了零件的最终外观,采用金属3D打印制造也是轻而易举。


晶格结构能够减轻重量

2.确定最小特征壁厚
       薄壁和立柱的尺寸如果过小,就可能因为太接近打印机的最小公差而丢失分辨率。对于粉末床激光熔融技术,应当考虑光斑尺寸的限制(通常情况下光斑尺寸大于粉末粒径),激光在扫描过程中,会形成大于光斑尺寸的熔池。金属3D打印机光斑尺寸为75μm,可生产低至150-200µm的壁厚,这意味着壁厚至少两倍于光斑直径。通常工程师会建议大于此值,不仅是为了保持强度,还因为特征尺寸越小越容易变形。


薄壁结构需要有足够的厚度尺寸以避免变形

3.利用随形冷却 
      随形冷却流道是金属3D打印模具的一大优势。由于流道与模具型腔表面距离一致,可以大大提高冷却效率和成品零件的质量。


根据模具的具体使用需要设计流道分布

4.管理倾斜角度
       如果倾斜面与水平面夹角过小,则可能造成塌缩。通常45°以下就需要添加支撑,如果是非关键角度,最好将倾斜角度超过临界值。


倾斜角度越大,下表面质量越好

5.管理孔径
       在金属3D打印过程中,垂直孔的上端可能会变形甚至塌陷,通常孔径在10毫米以内不需要添加支撑。孔径对于内部连续管道来说是非常重要的设计考虑因素,如果添加了支撑就会面临无法去除的问题,而且还需考虑实际的顶部挂渣等质量问题。


注意圆孔顶部变形

6.利用可运动属性
       金属3D打印模具或者零件的另一个独特优势是,可以构建能够自由运动的嵌套形状。这为复杂的下一代机电设备,甚至珠宝造型开辟了全新的设计世界,而这些都是其他方式无法制造的。


可以内置不定数量的运动部件

7.桥接结构
       桥接的间隙就像是实体部分的切口,如果具有水平的悬空面,就要考虑顶部边缘变形。处理此类特征的一种方法是将水平的悬空面设计为拱形或尖顶,使其具备自支撑功能,从而防止变形甚至打印失败。


3D打印桥接结构,采用拱形或尖顶代替水平面

8.悬垂结构保持在0.5mm以下
       金属3D打印悬垂是从构建方向横向突出的特征。这里需要关注的是下表面区域,如果悬垂伸出0.5mm或更大,则该区域可能会塌陷。


3D打印的悬垂细节

       有几种方法可以避免金属3D打印时这种问题,采用凹形、凸形或倒圆角重新设计侧面和垂直面之间的角度,以便形成自支撑。如果悬垂部分太长,倒圆角的自支撑仍不够时,就需要添加垂直支撑。


316L不锈钢在打印完后的抛光效果