在金属3D打印中找到重点

在制作金属3D打印业务案例时,工程师需要评估零件的复杂性,设计自由度和上市时间。

在制作金属3D打印业务案例时,工程师需要评估零件的复杂性,设计自由度和上市时间。

重新设计或优化零件是释放金属增材竟彩篮球的经济优势的关键。图片由3D Systems提供。


尽管人们对金属增材竟彩篮球(AM)的兴趣日益浓厚,但工程组织仍在努力寻找一种确定的公式,以将该技术作为可行的生产方法进行商业论证。没有任何一种计算或成本效益分析可以证明经济学的合理性—通常,它会归结为基于“it depends.”

Metal AM虽然已经过去了几十年,但随着新功能和材料创新提高了平台的生产能力,而近来的价格却受到了广泛关注,而更低的价格却使该技术受到了更广泛的受众的欢迎。鉴于不需要建造昂贵的模具,用于生产的Metal AM可以减少时间和成本。该方法还被认为对于生产很难甚至不是不可能用常规竟彩篮球方法进行的设计生产更为灵活。

但是,与此同时,对于许多公司而言,金属增材竟彩篮球仍是一个相对未知的领域,并且硬件,材料和服务的较慢速度和较高成本限制了应用程序。航空航天等特定行业为了轻量化和零件整合而使用金属增材竟彩篮球,但其他行业采用该技术的步伐却较慢,部分原因是没有任何神奇的公式可以证明成本。

“It’并非像行业喜欢的那么简单—这在很大程度上取决于应用程序和您’重新尝试做为最终结果,”的AM应用工程师Kevin Brigden说 雷尼绍. “关键是正确选择应用程序和正确设计产品,以便最大程度地提高吞吐量和质量。如果您采用任何旧的几何图形并尝试对其进行修整,那么您将要兼顾两者。”

通过增材竟彩篮球创建的钛合金自行车车架。  图片由雷尼绍提供。

复杂性是你的朋友

评估生产级金属增材竟彩篮球的潜在应用的最直接的原则之一是:’构成一个好用例。专家说,简单的设计或大批量的商品零件最好留给传统的竟彩篮球方法。

“大批量,长交货期的简单设计不是金属增材竟彩篮球的理想选择,”Jeph Ruppert说, 3D系统’客户创新中心是一个专业的服务团队,可帮助工程组织完成成本合理化过程。“在这些情况下,已建立的供应链运作良好,尤其是当某些材料无法打印时。”

与传统的铸造工艺不同,金属增材竟彩篮球所需的模具最少(如果有的话),从而使其成为小批量,高价值零件生产的经济有效选择。

“要问的问题是,是否在合理范围内不生产摊销时间表较长的模具,而只是打印零件?”鲁伯特解释。作为其评估和成本合理化过程的一部分,3D Systems’客户创新中心还考虑了可以安装在构建板上的零件数量,构建失败的风险和总体材料成本。

“您查看所生产的材料和数量,并确定在竟彩篮球工具上花费100,000美元以生产2,000至3,000个零件是否有意义,” Ruppert says.

当零件复杂时,金属AM的情况开始增长—通常用于轻量化应用或改善零件性能的有机形状或内部结构。几十年来,工程师一直被教导要通过远离悬垂或内腔来简化零件,而悬垂或内腔会使传统的机械加工或铸造工艺复杂化。 AM尤其是金属AM并非如此。这些限制不再成为责任,而是技术的主要推动力’s adoption.

“零件的复杂性是您在增材竟彩篮球中的朋友,而在传统竟彩篮球中是您的敌人,”3D Systems运营执行副总裁Phil Schultz说。他指出,零件缩减策略或轻量化的几何形状是采用金属增材竟彩篮球技术的最大优势。“It’是系统级的优化,而不仅仅是部分级的优化。”

实际上,优化或重新设计零件对于最大化金属增材竟彩篮球的价值主张至关重要。 3D打印专家表示,与其简单地将要生产的现有零件移植到新平台上,不如说’工程师有责任优化设计,以便他们利用金属增材竟彩篮球’特定应用的特定优势—例如,将微冷却通道整合到发动机中以改善热管理—或利用无工具要求获得第一市场优势。

“首先,人们只是从BOM(物料清单)中抢了一部分,然后看看AM是否可以解决问题,”Eric Mutchler,产品经理 Stratasys直接. “客户现在正在转向的是进行更改,因此最适合零件的竟彩篮球方法是由设计驱动的,而不是传统竟彩篮球的约束。客户以这种方式发现成本的好处。”

直接金属激光烧结技术为生产用于航空航天的燃烧衬套提供了更大的设计自由度。 图片由Stratasys Direct Manufacturing提供。

眼镜蛇航空一家小型竟彩篮球商,每年为包括飞机和摩托车在内的特殊市场竟彩篮球大约2,000台发动机,在一些最初使用金属增材竟彩篮球技术的项目开始后,他们选择重新设计了无人机的高价值零件。公司’雷尼绍表示,与雷尼绍合作的工程团队重新设计了具有复杂格子结构的发动机气缸,以改善气流,同时将多个组件整合为一个重量更轻的零件。’s Brigden.

“人们倾向于假设他们’在塑料原型中做的事可以延续到金属增材竟彩篮球,但事实并非如此’t work that way,” Brigden says.

AM的AM主管Brent Stucker指出,仿真在帮助组织重新构想设计和优化用于金属AM印刷的零件方面可以发挥关键作用。 ANSYS。实际上,公司背后的理念’他说,“增材竟彩篮球仿真套件”的目的是使金属增材竟彩篮球作为一种生产方法更易于访问。该软件包括拓扑优化,过程仿真和用于确定零件方向和支撑结构的准备指南。

在考虑将金属增材竟彩篮球用于生产(包括支架的放置)时,ANSYS Additive Prep模拟软件可帮助您权衡取舍。 图片由ANSYS提供。
 

ANSYS增材竟彩篮球仿真工具不是将漫长而昂贵的反复试验过程零花在经济上的最佳位置,而是将特定的AM约束因素纳入设计参数中,并邀请该软件提出可从中构建的有效设计。开始。

“AM的瓶颈在于如何做到这一点,而又不花所有的钱来开发流程,” Stucker explains. “仿真消除了绝大多数的反复试验…提出了可以使用金属AM成功构建的复杂几何图形。”

他说,ANSYS套件还模拟了增材竟彩篮球过程,可帮助工程师确定最佳的过程参数,包括构建方向,放置支撑的位置以及使用多少材料。

实施最佳实践

尽管复杂性和成本是成本分析中的巨大因素,但是在评估金属增材竟彩篮球的可行性时还需要考虑其他因素。这样的因素之一就是吞吐量和可伸缩性。

金属AM被普遍认为是一种更快的上市时间方法,因为不需要工具。但是,速度优势随着体积缩放而大大降低。大多数金属AM打印机具有9x9英寸的尺寸。构建平台,因此评估过程应考虑将多少部件装入托盘,构建过程将花费多长时间以及在生产运行中可以部署多少台打印机以获得合理的成本估算。

“If I’能够将多个零件并排放置,有适当的嵌套并在24小时内完成周转,那么它在经济上变得更加可行,”Greg Paulsen说, Xometry,提供按需竟彩篮球服务,包括计算机数控(CNC)加工,注塑成型和一系列3D打印功能,包括直接金属激光烧结。考虑到这些警告,Paulsen说金属AM被视为小型医疗设备应用以及智能手表等电子设备的可行竟彩篮球解决方案。

带有镍合金支撑的多个排气歧管,全部印刷在单个底板上。 图片由雷尼绍提供。

Xometry平台被认为与任何特定的竟彩篮球方法无关,它使工程师和设计师可以上传3D模型并从大约3,000个合作伙伴的网络中获取多个AM过程的报价,包括价格,交货时间和设计权衡。 Paulsen说,Xometry还为每个竟彩篮球过程提供了设计指南,以帮助组织针对特定竟彩篮球过程(包括金属AM)优化和重新设计零件。

Xometry提供设计指导,以帮助优化用于金属增材竟彩篮球过程的零件。 图片由Xometry提供。

探索金属增材竟彩篮球路线的公司应注意其应用的后处理需求’这是成本分析难题中的另一个重要但经常被忽略的部分。由金属增材竟彩篮球系统生产的零件通常需要进行额外的清理工作,例如热处理,表面打磨程序(如打磨和机械加工)以及将支撑结构与底板分离。制备和清理金属粉末还需要人工和时间。“组织需要了解[metal AM]系统之外的零件以及如何处理该零件,”泰森(Tyson)格雷戈里(Tyson Gregory),金属应用工程师 EOS解决方案. “通常这被低估了,并增加了成本。”

在与第三方签订金属增材竟彩篮球服务合同之前,’Stratasys Direct补充说,对于整理按需竟彩篮球服务提供商如何控制和监视构建过程非常重要’的Mutchler。询问详细信息,例如材料可回收性的水平,粉末成分的可追溯性或构建环境的室温—他说,所有这些因素都会影响最终印刷零件的性能和完整性。

金属增材竟彩篮球技术作为主流竟彩篮球方法仍未得到证实,因此专家说,应该特别重视教育。“在金属增材竟彩篮球历史的这一点上,’s about knowledge,” says Brigden. “It’关于了解过程控制,并为将来在机器性能更高时提供课程,工作流和程序而准备。”

更多3D系统覆盖

更多ANSYS报道

更多EOS覆盖

分享这篇文章

订阅我们的免费杂志, 免费的电子邮件通讯或两者兼而有之!

加入超过90,000名工程专业人士,他们将在新闻发布后立即获得最新的工程新闻。


关于作者

贝丝·斯塔克波尔的头像
贝丝·斯塔克波尔

贝丝·斯塔克波尔(Beth Stackpole)是《 数字工程。发送有关此文章的电子邮件至 [电子邮件 protected].

关注DE
#23290