3D打印金屬需求越來越多，99%的人不知道的金屬3D打印設(shè)計(jì)規(guī)則！
魔猴君 行業(yè)資訊 2233天前
隨著魔猴網(wǎng)客3D打印金屬的需求越來越多，魔猴網(wǎng)感覺急需普及金屬3D打印如何設(shè)計(jì)——大眾對于金屬3D打印還存在著這樣或者那樣的誤解，而廠家也有意無意夸大工藝能力。魔猴網(wǎng)也希望能通過自己的一些努力，能對大家的設(shè)計(jì)實(shí)踐工作有一定幫助，推動(dòng)金屬3D打印在中國的發(fā)展。
在介紹金屬3D打印設(shè)計(jì)規(guī)則前，還有個(gè)問題需要和大家明確下，在談金屬3D打印生產(chǎn)的時(shí)候，不是替代生產(chǎn)已有部件，這是大眾最常見的誤解之一，生產(chǎn)已有的部件，可以說絕大多數(shù)情況金屬3D打印不占優(yōu)勢；不管是機(jī)加工，鑄造，鈑金和焊接，傳統(tǒng)的工藝都非常成熟，可以由傳統(tǒng)工藝乘除的傳統(tǒng)部件，無論成本還是效率，金屬3D打印不占優(yōu)勢。當(dāng)然，如果只是想做個(gè)原型，金屬3D打印也還是有應(yīng)用的，好處是快，而且可以用跟最終產(chǎn)品一致的材料，這是金屬3D打印的比較傳統(tǒng)應(yīng)用。
金屬3D打印就是通過金屬3D打印設(shè)計(jì)來達(dá)到綜合成本降低的目的。通過金屬3D打印要達(dá)到四大目的：
減少零件的個(gè)數(shù)； 減輕重量；減少裝配；制作高復(fù)雜零件，通過這“三減一高”來達(dá)到降低綜合成本的目的；
舉例來講，通用航空曾在網(wǎng)上發(fā)起了一個(gè)金屬3D打印設(shè)計(jì)大賽，原有飛機(jī)上一個(gè)零件重2033 g ，面向公眾征集3D打印設(shè)計(jì)，要求能滿足強(qiáng)度和裝配要求，越輕越好，最輕者獲勝；比賽吸引了大量網(wǎng)友的參與，3D打印最大的一個(gè)好處就是它所謂賦予的設(shè)計(jì)自由度。
大部分參加比賽選手所展示的的設(shè)計(jì)都滿足了原有的約束條件，都能滿足安裝和強(qiáng)度要求，還大幅減輕了重量，最后的獲勝者參賽品重量為327g，幾乎是原來重量的十分之一，確切的講是是原來重量的16%！ 這對于“寸重寸金”的航空業(yè)來說，無疑是一次革命；每一個(gè)減少1706g重量，相當(dāng)于每年減少幾十萬的燃料費(fèi)，減少上萬噸的碳排放；這就是3D打印的綜合成本，不是單單制造成本，而是考慮綜合的效應(yīng)，這對于減重需求強(qiáng)烈的航空業(yè)非常明顯，優(yōu)勢巨大。不僅是航空業(yè)，金屬3D打印所能做的隨行冷卻模具，也有類似的綜合成本優(yōu)勢，有機(jī)會(huì)魔猴在展開了給大家講一下。
談完了重要的基本原則和目標(biāo)，我們來聊一些干貨，都是金屬3D打印設(shè)計(jì)所急需的一些知識，希望能給大家在設(shè)計(jì)過程中以啟迪，這些參數(shù)可能和廠家給的并不一致，多數(shù)都是實(shí)踐中得到，比方說壁厚，廠家如果說能用0.2，但實(shí)踐中0.2可能并不穩(wěn)定。另外，不同種類的3d打印機(jī)，數(shù)值有可能也不一樣，但可以說基本上不會(huì)相差太大；
首先第一點(diǎn)，金屬3D打印和其他3D打印一樣，都要求3D數(shù)字文件滿足實(shí)體性、水密性等等基本要求，魔猴網(wǎng)在之前已經(jīng)有了總結(jié)，不太了解的同學(xué)可以移步到3D打印設(shè)計(jì)規(guī)范，看看3D打印的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范。
再來聊一下金屬3D打印的具體要求：
1、最小細(xì)節(jié)特征
最小細(xì)節(jié)特征不小于0.15mm,也就是說小于0.15mm的特征、細(xì)節(jié)，有可能會(huì)被忽略，表現(xiàn)不出來。比方說一個(gè)0.1的卡槽，盡管最小光斑可以小于0.15mm，由于細(xì)節(jié)是有特征的，特征有可能被忽略；
2、最小壁厚
最小壁厚可以達(dá)到0.2mm,但建議不要小于0.5mm, 最小壁厚還跟物品的結(jié)構(gòu)，還跟物品的高度和壁厚的比值有關(guān)，一般來講這個(gè)比值不要超過40，超過40就有可能發(fā)生走形的情況；
3、表面光潔度
表面的粗糙程度，光滑程度和三個(gè)因素有關(guān)：
A、打印材料；
B、建造參數(shù)；
C、零件擺放方向；
在不同的打印情況下，表面粗糙度的情況，設(shè)備，形狀，擺放等等，都對表面有影響，總體來說垂直比傾斜表面好，傾斜上表面好于下表面。
4、支持結(jié)構(gòu)
江湖一直有個(gè)傳說，使用粉末3D打印技術(shù)不需要支撐，這可能對SLS塑料是成立的，但對于金屬3D打印，支撐是需要的，而且很多時(shí)候還是必要的；金屬3D打印的支撐的主要作用有：
A、與打印平臺連接；
B、保住零件的形狀；
C、防止翹邊；
因此，金屬3D打印有可能產(chǎn)生大量支撐結(jié)構(gòu)，這就造成了兩個(gè)問題，一個(gè)就是額外的費(fèi)用，這里有個(gè)“秘密”，魔猴網(wǎng)在線報(bào)價(jià)涉及到支撐都是給的最低價(jià)格，有很多甚至直接免費(fèi)沒有算支撐，對于金屬3D打印，這對魔猴網(wǎng)來說是比較吃虧，對廣大用戶確是利好，這也許就是傳說中的“老板瘋了”；第二個(gè)就是額外的工序，主要是指去支撐，有時(shí)候支撐去的讓人懷疑人生，這畢竟是金屬支撐，不是塑料支撐，打磨也是痛苦。那怎么辦？就這么忍受嗎？其實(shí)不應(yīng)該，應(yīng)該發(fā)揮3D打印所能帶來的設(shè)計(jì)自由度，設(shè)計(jì)出來支撐很少，性能更好的部件。
支撐產(chǎn)生的角度不同的設(shè)備和材料可能不一樣，多數(shù)情況下，單靠粉末來支撐傾斜角是不夠的。
5、懸空
橫截面上面一層比上一層大，就產(chǎn)生了懸空。金屬3D打印對懸空的容忍度是比較低的，大于0.5 mm的懸空就會(huì)產(chǎn)生問題。
內(nèi)孔一般有自支撐結(jié)構(gòu)，一般情況對打印影響不大，這對于生產(chǎn)隨性冷卻模具是非常有利的。但是，如果孔徑太大，也會(huì)產(chǎn)生問題。如圖所示，一般孔徑小于8mm，都可以達(dá)到自支撐的效果，大于8mm，會(huì)產(chǎn)生懸空的問題。
6、橋接結(jié)構(gòu)
橋接結(jié)構(gòu)所允許的距離大約是2mm，還是比較小的。
7、內(nèi)應(yīng)力-翹曲
內(nèi)應(yīng)力是金屬3D打印所必須要面對的一個(gè)問題，當(dāng)打印物品的橫截面變化很大的時(shí)候容易產(chǎn)生比較大的內(nèi)應(yīng)力，另外大面積平整表面，也會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的內(nèi)應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力非常大，可以把打印基座拉變形，甚至切斷螺栓。這需要我們在設(shè)計(jì)的時(shí)候，避免橫截面突然由較小變到交大，要逐步過渡；另外避免使用大面積平整平面，換個(gè)思路想一下，如果需要一塊比較平整的平面，為啥要用3D打印呢？
8、其他設(shè)計(jì)技巧
金屬3D打印非常適合打印網(wǎng)格狀的結(jié)構(gòu)，這些網(wǎng)格狀的結(jié)構(gòu)，很適合做內(nèi)支撐，既能減重，強(qiáng)度還能保留；
要考慮打印完畢后支撐的去取和粉末的去除，要留出支撐和粉末去除的入口，不能打完了支撐被永久封到了內(nèi)部。
總結(jié)來說，金屬3D打印開啟了全新的設(shè)計(jì)選項(xiàng)，解放了設(shè)計(jì)的自由度，讓更多的設(shè)計(jì)可能變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。但是，金屬3D打印不會(huì)取代傳統(tǒng)的制造方式，各有所長，互為補(bǔ)充。了解金屬3D打印的規(guī)范，才能最大程度得到金屬3D打印的好處，希望能幫助到需要金屬3D打印的朋友們，這也是魔猴網(wǎng)的一點(diǎn)小心意。
