3D打印工程师必备知识:3D打印模型设计建模的注意事项 

3D打印技术 /[基础]
2019-08-07 11:36

工程师在设计3D打印(增材制造)模型时,重要的是要牢记流程的限制和好处。以下这些提示将帮助任何设计师充分利用3D打印服务,取长补短发挥3d打印的最大用处。


提示1:不要使用现有设计


每个部件的设计都应考虑到预期的制造过程。许多设计师和工程师都惊讶地发现现有的零件设计并不总是比3D打印更便宜,即使是在少量或一次性的情况下也是如此。


例如,考虑一个专为CNC加工而设计的现有零件。需要生产100个这个部件,所需的材料是SS 304L,可通过DMLS和SLM进行3D打印。 当这个零件采用CNC加工生产时,每个零件的生产成本为35美元。但如果将制造过程改为3D打印,则每个单元的成本会增加到70美元以上。

这是因为规模经济不适用于增材制造,其适用于CNC加工服务和注塑成型。最具成本效益的生产类型取决于应用和要生产的单元数量。


提示2:消除支撑结构


所有增材制造设计师都需要遵循一个简单的规则:尽可能减少对支撑结构的需求。

3D打印是一种增材制造工艺。每个新层的材料沉积在前一层上,并且该材料不能沉积在稀薄空气上。支撑结构通常用于印刷悬伸和桥梁; 稍后在后处理期间移除支撑。


拆除支撑结构总是增加了额外的生产成本和时间。对于具有极高后期制作成本的金属3D打印尤其如此。

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3D打印金属部件仍然附有支撑。为了演示目的,停止了打印。


有几种简单的方法可以减少设计所需的支撑结构:


保持悬伸小于45度。

  • 略微倾斜的悬垂通常不需要支撑。

在设计时考虑打印方向。

  • 一个头重脚轻的设计可能会更好地颠倒打印。

选择不同的生产方法。

  • 例如,与其他3D打印过程不同,SLS和MJF打印不需要支持结构。

提示3:考虑后处理


3D打印部件几乎永远不会在打印机外使用。去除粉末和去除支撑是后处理的必要形式; 在使用前需要清洁和修剪多余的结构。

其他形式的后处理可用于美学和功能应用。使用金属3D打印制作的物体可以经过热处理,表面处理,甚至额外的CNC加工,以获得理想的效果。塑料3D打印物可以染色,平滑或处理以防水。


在设计的初始阶段了解后处理选项。加工会增加生产成本,但它也是生产特定应用3D打印部件的绝佳方式。


提示4创建轻量级结构


轻量化是设计3D打印对象以尽可能少地使用材料的过程。这使得对象更容易打印并大大降低了生产成本。

使用CAD软件进行轻量化设计有多种方法。即使很小的变化也会导致生产成本显着降低。

格子结构


  • 大多数CAD软件可以使用半自动过程来应用减重图案或增加物体的表面积。选择不会影响设计功能的选项。

拓扑优化

  • 模拟驱动的拓扑优化可用于创建具有最少量材料的强结构。智能设计的印刷成本更低,甚至可能具有更高的结构完整性。

模型整合

  • 只要有可能,使用增材制造将多个零件合并为一个单元。这降低了生产成本,使最终装配更容易完成。

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具有网格结构和内部冷却通道的卫星组件。原始组件由100个不同的组件组成,这些组件被重新设计为一个单独的部件。(来源:Optisys LLC)


提示5:增加设计的功能


3D打印具有制造具有内部通道的产品的独特能力。没有任何其他制造技术可以有效地生产具有相同质量水平的通道,网格或多孔结构。此设计功能有几个常见的应用程序:


换热器

  • 热交换器需要两种流体或气体通过一个区域,同时保持分离。3D打印通道可以轻松设计复杂的热交换器,适用于各种应用。

空气管道

  • 3D打印的空气管道通常用于汽车或其他工业应用。复杂的表面织带用于产生可变的壁厚; 使用传统制造方法几乎不可能创造出这种结构设计水平。

有机结构

  • 从蜂窝式堆叠六边形到蜂窝状植物结构,增材制造可以模仿几乎任何复杂的自然设计。一种这样的设计已被用于提供脚手架以修复脊柱损伤。

将通道和复杂结构添加到3D打印设计不会增加制造成本。利用这个来设计原本无法创造的零件。

为了充分利用增材制造的优势,重要的是要考虑到工艺的局限性来设计每个部件。最大限度地减少要使用的材料数量,并创建一个与所选生产方法相媲美的对象。


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