6 Важные соображения при проектировании для 3D-печати из металла

Металлическая 3D-печать набирает обороты:продажи металлических AM-систем резко выросли на 80% по сравнению с 2017 годом. Металлическая 3D-печать предлагает беспрецедентную свободу действий. , что дает дизайнерам и инженерам возможность создавать органические формы и легкие конструкции, которые в противном случае были бы невозможны при использовании традиционных методов производства.

Однако для того, чтобы по-настоящему раскрыть весь потенциал 3D-печати металлом и оставаться конкурентоспособным, важно понимать, как получить максимальную отдачу от дизайнерских возможностей, предлагаемых этой технологией. Поскольку традиционные правила дизайна больше не могут применяться, необходим новый подход к дизайну для 3D-печати металлом.

Вот почему мы собрали наши основные рекомендации по дизайну для 3D-печати металлом, чтобы помочь вам максимально эффективно использовать металлические детали.

6 вещей, которые следует учитывать при проектировании металлической детали

1. Толщина стенки

Одним из наиболее важных моментов, которые следует учитывать при проектировании для 3D-печати металлом, является толщина стенок. Как правило, рекомендуется проектировать стены с минимальной толщиной стенки 0,4 мм. Важно следить за тем, чтобы толщина стенок ваших деталей не была слишком тонкой или толстой, так как это может привести либо к нежному отпечатку, либо к накоплению внутренних напряжений, ведущих к растрескиванию. Хотя возможны более тонкие функции, это в значительной степени зависит от выбранного металлического материала, а также от параметров вашего принтера.

Вы также можете поэкспериментировать с решетчатыми или сотовыми структурами в случае толстых стен, так как это может сэкономить значительное количество материала, а также сократить время строительства.

2. Структуры поддержки

Опорные конструкции практически всегда необходимы при 3D-печати металлом. Хотя идеально разработать деталь с минимальным необходимым количеством опор, они необходимы для таких областей, как отверстия, углы и выступы. Опоры также используются для крепления металлической детали к опорной плите для отвода тепла, что может привести к остаточным напряжениям.

Практическое правило для опор во внутренних областях детали, таких как горизонтальные отверстия, заключается в проектировании наклонных опорных конструкций. Применяя эти структуры, вы можете минимизировать площадь контакта с опорами, что, в свою очередь, приведет к меньшему количеству пост-обработки.

Вдобавок к этому сделайте опоры так, чтобы они сужались при контакте с деталью. Это значительно упростит снятие опор и выравнивание поверхности. Легкие трубчатые опорные конструкции также потребуют гораздо меньше времени и усилий для снятия.

3. Свесы и самонесущие углы

Иногда вам может потребоваться создать металлическую деталь с выступами - выступающими частями вашего отпечатка. Для больших выступов (обычно более 1 мм) потребуются опорные конструкции, чтобы предотвратить их разрушение во время процесса печати. Максимальная длина горизонтального свеса без опоры составляет 0,5 мм, и важно, чтобы вылеты не превышали эту длину. Скругления и фаски могут быть выполнены в детали, чтобы устранить эти выступы.

Помимо длины, также важно учитывать угол свеса. Угол ниже 45 градусов обычно требует опорных конструкций.

4. Ориентация детали

Поэкспериментируйте с ориентацией детали - лучший способ минимизировать количество необходимых опорных конструкций. Например, если вы хотите изготовить металлическую деталь с полыми трубчатыми элементами, горизонтальная ориентация займет больше места, а вертикальная или угловая ориентация сэкономит место и уменьшит количество необходимых опор.

Еще одно соображение, которое следует учитывать при выборе ориентации детали, заключается в том, что обращенные вниз и вверх поверхности будут иметь разную шероховатость поверхности (так называемые нижние слои, как правило, имеют плохую чистоту поверхности). Если вы хотите создать подробные элементы с максимальной точностью, обязательно сориентируйте их на обращенной вверх поверхности детали.

5. Каналы и отверстия

Аддитивное производство металлов отличается способностью изготавливать детали с каналами и отверстиями, чего нельзя добиться с помощью традиционных средств производства. При учете таких особенностей в конструкции учитывайте, что минимальный диаметр для большинства процессов порошкового покрытия составляет 0,4 мм. Для отверстий и труб диаметром более 10 мм потребуются опорные конструкции.

Кроме того, идеально круглые горизонтальные отверстия по-прежнему являются проблемой для 3D-печати. Попробуйте преобразовать такие формы в самонесущие формы слезы или ромба.

Поскольку для полых металлических деталей требуются эвакуационные отверстия для удаления нерасплавленного порошка, обязательно учитывайте их при проектировании с рекомендуемым диаметром 2-5 мм.

6. Оптимизация топологии и генеративный дизайн

Возможность создавать сложные геометрические формы с использованием аддитивного производства делает его идеальным для оптимизации топологии и генеративного проектирования. Оптимизация топологии направлена ​​на оптимизацию геометрии и распределения материала детали с помощью математических расчетов. Генеративный дизайн, с другой стороны, вдохновлен природными паттернами проектирования и позволяет инженерам исследовать все возможные элементы решения. Используя эти инструменты, дизайнеры и инженеры могут расширить всю свободу проектирования, предоставляемую 3D-печатью, для создания функционально оптимизированных, прочных и легких металлических деталей.

Изменение парадигмы дизайна для получения максимальной отдачи от AM-металла

Проектирование для 3D-печати металлом - непростая задача, поскольку для этого требуются знания о возможностях и ограничениях металлических технологий и материалов AM, а также новый подход к дизайну. Однако изучение и интеграция руководящих принципов проектирования с самого начала процесса проектирования позволит компаниям добиться максимального успеха в производстве концевых металлических деталей, сведя затраты и отходы материалов к минимуму.

Подробнее о 3D-печати металлом читайте в нашем всеобъемлющем руководство по 3D-печати металлом и наше введение в DMLS.