金属3D打印:使不可打印,可打印

金属增材制造并不是解决不良设计的方法,而是通过周密的准备工作,用户可以获得超出其预期的坚固轻巧的零件。

钛液压歧管(7英寸x 3英寸x 3英寸)由Titan工业公司设计并在Arcam系统上进行3D打印。表面光洁度是内置的。 (图片由泰坦工业公司提供)


“我们收到的大多数金属印刷设计都是不可印刷的,” Gordon Styles,总裁兼创始人 星际急流是位于中国广东省的减法和加法技术服务局。 “我们收到了针对CNC加工量身定制的设计,潜在客户期望可以将其进行3D金属印刷-但这根本无法实现。”实际上,他补充说:“如果零件可以进行CNC加工,应该可以。”

随着尺寸的增大,方形截面的切口变得越来越不稳定。为了解决这个问题,增材制造商设计师应改用自支撑拱结构。 (图片由Star Rapid提供) 随着尺寸的增大,方形截面的切口变得越来越不稳定。为了解决这个问题,增材制造商设计师应改用自支撑拱结构。 (图片由Star Rapid提供)

这些观察结果可能会引起涉及塑料或金属增材制造(设计或制造)两方面的人们的熟悉。 Styles于1982年开始在英国的工作店工作, 3D系统 自1993年以来的SLA零件 雷尼绍 自2014年以来直接金属激光熔化(DMLM)零件。“令我震惊的是,每个人都仿佛是在6或7年前发明了3D打印,” he says. “在设计概念和制成成品之间仍然缺少一定的准备。”

注意间隔

像其他参与AM的服务局一样,Star Rapid在制造设计教育方面也存在差距,并正在积极采取措施加以解决。 Styles说,基本建议是“为过程设计”。 “这听起来似乎很明显,但是并非所有3D塑料打印规则都可以应用于3D金属打印,这可能导致零件在构建过程中发生故障。”

为了向使用粉末金属增材制造技术的产品设计师和工程师提供设计技巧,Styles推出了 视频教程系列;前几集介绍了一些最常见的几何/构造缺陷,这些缺陷涉及墙壁,间隙和孔的大小以及如何实现桥梁和悬挑。

金属AM壁的间隙和厚度太薄会自行塌陷或在低于特定公差的范围内失去尺寸精度。 (图片由Star Rapid提供) 金属AM壁的间隙和厚度太薄会自行塌陷或在低于特定公差的范围内失去尺寸精度。 (图片由Star Rapid提供)

Styles还指出,由于系统之间的参数可能会有所不同,因此设计师应了解有关将在其上打印零件的机器/技术的详细信息。为了向客户提供如此深入的信息,Star Rapid已在其制造工厂(距香港90分钟)启动了免费的三天金属3D打印课程;到目前为止的预定日期是2017年11月6-8日和2018年3月14-16日。

其他设计和制造公司也看到了类似的教育需求,并且也加快了步伐。 “重要的是要认识到,(增材制造系统)和其他制造工具一样,具有不同的口味和真正不同的功能,”该公司首席执行官Joe Manzo说 泰坦工业,亚利桑那州坦佩。他的公司采用了称为电子束熔化(EBM)的技术,并拥有两个 阿卡姆 合作伙伴的EBM Q20plus系统 莱国际 作为其更广泛的设计工程业务的一部分。该系统通常以铬镍铁合金,钴铬合金和两种钛合金生产零件。

钛液压歧管(7英寸x 3英寸x 3英寸)由Titan工业公司设计并在Arcam系统上进行3D打印。表面光洁度是内置的。 (图片由泰坦工业公司提供) 钛(Ti-6Al-4V,5级)液压歧管(7英寸x 3英寸x 3英寸)由Titan工业设计并在Arcam系统上进行3D打印。表面光洁度是内置的。 (图片由泰坦工业公司提供)

为设计师提供有关Arcam的建议’AM的功能是Titan Industries增值服务的关键部分。 “电子束和激光粉末床烧结系统具有不同的强度,其中很多是基于物理原理的,“Manzo explains. “使用电子束,您可以拥有更高的电源,从而可以熔化较厚的层,从而缩短了构建时间。更大的电源还可以使熔体横截面的热梯度最小,从而降低残余应力。通常,电子束零件之后不需要进行热处理。”他补充说,您通常可以在一个构建体积中“浮动”多个零件,从而使您可以在每个构建体积中获取更多零件,从而使其更加经济。

设计人员应考虑的缺点包括去除多余粉末的可能与几何形状有关的困难,因为每层中一些未使用的粉末将被半烧结(激光烧结AM方法不会发生这种情况)。曼佐还指出,由于电子束系统在较厚的层和较大的束斑尺寸下运行,因此它们通常无法提供与激光系统上所产生的功能相同的精细功能,并且表面光洁度可能不那么光滑。

3D打印零件...还是工具?

在创建最终使用零件时,一定要考虑这样的设计细节,但是如何确保成功的AM金属模具设计呢? GPI原型制作&制造服务 自2009年以来,伊利诺伊州拉夫布拉夫(Lake Bluff)的公司一直提供直接金属激光烧结(DMLS)服务,目前运营六家 EOS 系统和3D系统中的三个。 GPI网站上有一个出色的“DMLS设计规则”来自EOS的应用笔记,其中包含针对3D打印的出色设计技巧。

与工具刀片特别相关的是用户仅构建相关的几何形状(即工具刀片,而不是整个工具)。 EOS文件解释说:“决定生产时间和成本的不是几何形状的复杂性,而是制造量(要固化的材料量)和高度(层数)决定的。”

正如Star Rapids的Styles所说,金属制增材制造不是解决不良设计的救助程序-但经过周密的准备,用户可以获得的坚固,轻便的零件不仅可以满足他们的期望。

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帕梅拉·沃特曼

帕梅拉·沃特曼(Pamela Waterman)担任数字工程’的特约编辑长达二十年。通过联系她 (必须启用JavaScript才能查看此电子邮件地址)。.

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