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99%的人不知道金属3D打印技术要求

admin 发表于 2021-6-21 14:46:57 | 显示全部楼层 |阅读模式 [复制链接]
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     随着禾木公司客户的3D打印金属材料的需求越来越多,禾木公司感觉急需普及金属3D打印技术要求——大众对于金属材料工业3D打印还存在着这样或者那样的误解,而厂家也有意无意夸大工艺能力。禾木公司也希望能通过自己的一些努力,能对大家的设计实践工作有一定帮助,推动金属材料3D打印在中国的发展。
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     在介绍金属3D打印设计规则前,还有个问题需要和大家明确下,在谈金属3D打印生产的时候,不是替代生产已有部件,这是大众最常见的误解之一,生产已有的部件,可以说绝大多数情况金属3D打印不占优势;不管是机加工,铸造,钣金和焊接,传统的工艺都非常成熟,可以由传统工艺乘除的传统部件,无论成本还是效率,金属3D打印不占优势。当然,如果只是想做个原型,金属3D打印也还是有应用的,好处是快,而且可以用跟最终产品一致的材料,这是金属3D打印的比较传统应用。


     金属3D打印就是通过金属3D打印设计来达到综合成本降低的目的。通过金属3D打印要达到四大目的:

     减少零件的个数; 减轻重量;减少装配;制作高复杂零件,通过这“三减一高”来达到降低综合成本的目的;

     举例来讲,通用航空曾在网上发起了一个金属3D打印设计大赛,原有飞机上一个零件重2033 g ,面向公众征集3D打印设计,要求能满足强度和装配要求,越轻越好,最轻者获胜;比赛吸引了大量网友的参与,3D打印最大的一个好处就是它所谓赋予的设计自由度。

     大部分参加比赛选手所展示的的设计都满足了原有的约束条件,都能满足安装和强度要求,还大幅减轻了重量,最后的获胜者参赛品重量为327g,几乎是原来重量的十分之一,确切的讲是是原来重量的16%! 这对于“寸重寸金”的航空业来说,无疑是一次革命;每一个减少1706g重量,相当于每年减少几十万的燃料费,减少上万吨的碳排放;这就是3D打印的综合成本,不是单单制造成本,而是考虑综合的效应,这对于减重需求强烈的航空业非常明显,优势巨大。不仅是航空业,金属3D打印所能做的随行冷却模具,也有类似的综合成本优势。

     谈完了重要的基本原则和目标,我们来聊一些干货,都是金属3D打印设计所急需的一些知识,希望能给大家在设计过程中以启迪,这些参数可能和厂家给的并不一致,多数都是实践中得到,比方说壁厚,厂家如果说能用0.2,但实践中0.2可能并不稳定。另外,不同种类的3d打印机,数值有可能也不一样,但可以说基本上不会相差太大。
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     首先第一点,金属3D打印和其他3D打印一样,都要求3D数字文件满足实体性、水密性等等基本要求。下面,再来聊一下金属3D打印的具体要求:

1、最小细节特征
最小细节特征不小于0.15mm,也就是说小于0.15mm的特征、细节,有可能会被忽略,表现不出来。比方说一个0.1的卡槽,尽管最小光斑可以小于0.15mm,由于细节是有特征的,特征有可能被忽略;


2、最小壁厚
最小壁厚可以达到0.2mm,但建议不要小于0.5mm, 最小壁厚还跟物品的结构,还跟物品的高度和壁厚的比值有关,一般来讲这个比值不要超过40,超过40就有可能发生走形的情况。

3、表面光洁度
表面的粗糙程度,光滑程度和三个因素有关:
A、打印材料;
B、建造参数;
C、零件摆放方向;
在不同的打印情况下,表面粗糙度的情况,设备,形状,摆放等等,都对表面有影响,总体来说垂直比倾斜表面好,倾斜上表面好于下表面。

4、支持结构
江湖一直有个传说,使用粉末3D打印技术不需要支撑,这可能对SLS塑料是成立的,但对于金属3D打印,支撑是需要的,而且很多时候还是必要的;金属3D打印的支撑的主要作用有:
A、与打印平台连接;
B、保住零件的形状;
C、防止翘边;

     因此,金属3D打印有可能产生大量支撑结构,这就造成了两个问题,一个就是额外的费用,这里有个“秘密”,禾木三维报价涉及到支撑都是给的最低价格,有很多甚至直接免费没有算支撑,对于金属3D打印,这对禾木三维来说是比较吃亏,对广大用户确是利好,这也许就是传说中的“老板疯了”,哈哈!

     第二个就是额外的工序,主要是指去支撑,有时候支撑去的让人怀疑人生,这毕竟是金属支撑,不是塑料支撑,打磨也是痛苦。那怎么办?就这么忍受吗?其实不应该,应该发挥3D打印所能带来的设计自由度,设计出来支撑很少,性能更好的部件。
     支撑产生的角度不同的设备和材料可能不一样,多数情况下,单靠粉末来支撑倾斜角是不够的。

5、悬空
横截面上面一层比上一层大,就产生了悬空。金属3D打印对悬空的容忍度是比较低的,大于0.5 mm的悬空就会产生问题。
内孔一般有自支撑结构,一般情况对打印影响不大,这对于生产随性冷却模具是非常有利的。但是,如果孔径太大,也会产生问题。如图所示,一般孔径小于8mm,都可以达到自支撑的效果,大于8mm,会产生悬空的问题。

6、桥接结构
桥接结构所允许的距离大约是2mm,还是比较小的。


7、内应力-翘曲
内应力是金属3D打印所必须要面对的一个问题,当打印物品的横截面变化很大的时候容易产生比较大的内应力,另外大面积平整表面,也会产生很强的内应力,这种内应力非常大,可以把打印基座拉变形,甚至切断螺栓。这需要我们在设计的时候,避免横截面突然由较小变到交大,要逐步过渡;另外避免使用大面积平整平面,换个思路想一下,如果需要一块比较平整的平面,为啥要用3D打印呢?

8、其他设计技巧
金属3D打印非常适合打印网格状的结构,这些网格状的结构,很适合做内支撑,既能减重,强度还能保留;
要考虑打印完毕后支撑的去取和粉末的去除,要留出支撑和粉末去除的入口,不能打完了支撑被永久封到了内部。

     总结来说,金属3D打印开启了全新的设计选项,解放了设计的自由度,让更多的设计可能变为了现实。但是,金属3D打印不会取代传统的制造方式,各有所长,互为补充。了解金属3D打印的规范,才能最大程度得到金属3D打印的好处,希望能帮助到需要金属3D打印的朋友们,这也是禾木三维的一点小心意。


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