導(dǎo)讀：金屬3d打印是3d打印行業(yè)的主要分支，我們可以通過金屬3D打印設(shè)計(jì)來改進(jìn)傳統(tǒng)零件結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造出性能更優(yōu)，成本更低，甚至顛覆性的創(chuàng)新產(chǎn)品；想下面這個(gè)案例通過創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用3D金屬打印技術(shù)打印出目前世界上散熱最快的結(jié)構(gòu)，而這種零件只能通過3D打印才能制造出來。

      其次，通過金屬3D打印減少零件的個(gè)數(shù)、減輕重量、減少裝配成本和制作高復(fù)雜零件這四點(diǎn)來綜合降低制造成本。這里資源庫就給大家分享一些金屬3D打印設(shè)計(jì)所急需的知識。這里的參數(shù)不代表任何標(biāo)準(zhǔn)，不同設(shè)備數(shù)值多少有些差異。

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)：（1）打印材料；（2）建造參數(shù)；（3）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.支撐結(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：（1）與打印平臺(tái)連接；（2）保住零件的形狀；（3）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，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，舉例來說，下面一個(gè)零件，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如果要直接打印，產(chǎn)生支撐是非常多的，重新設(shè)計(jì)之后（右），基本上不需要支撐，強(qiáng)度更高，是用蜂窩狀結(jié)構(gòu)，重量還減少。

      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。如圖所示小于30度，基本上不加支撐就不能看了。

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。

最后，給大家一個(gè)3D打印金屬設(shè)計(jì)的真是示例，大家可以體驗(yàn)一下。

第一版設(shè)計(jì)：就是原始零件的設(shè)計(jì)圖， 需要三個(gè)部件來組裝，更要命的是產(chǎn)生的支撐太多！

第二版設(shè)計(jì)：零件整合，變?yōu)閮蓚€(gè)零件，但是支撐還是令人絕望，需要的時(shí)間和生產(chǎn)效率都太低。

第三版設(shè)計(jì)：三個(gè)零件最終變?yōu)橐粋€(gè)零件，不再需要裝備，而且，新的結(jié)構(gòu)幾乎不需要支撐，最后表面成型質(zhì)量還最好，而且也很好的考慮了可能產(chǎn)出的翹起，這樣打印，幾乎不可能產(chǎn)生翹起！

      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，才能最大程度的利用金屬3D打印的優(yōu)勢。希望本文能對金屬3D打印感興趣的朋友們一點(diǎn)幫助，這也是西帝摩的小小心愿。

      導(dǎo)讀：金屬3d打印是3d打印行業(yè)的主要分支，我們可以通過金屬3D打印設(shè)計(jì)來改進(jìn)傳統(tǒng)零件結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造出性能更優(yōu)，成本更低，甚至顛覆性的創(chuàng)新產(chǎn)品；想下面這個(gè)案例通過創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用3D金屬打印技術(shù)打印出目前世界上散熱最快的結(jié)構(gòu)，而這種零件只能通過3D打印才能制造出來。

      其次，通過金屬3D打印減少零件的個(gè)數(shù)、減輕重量、減少裝配成本和制作高復(fù)雜零件這四點(diǎn)來綜合降低制造成本。這里資源庫就給大家分享一些金屬3D打印設(shè)計(jì)所急需的知識。這里的參數(shù)不代表任何標(biāo)準(zhǔn)，不同設(shè)備數(shù)值多少有些差異。

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)：（1）打印材料；（2）建造參數(shù)；（3）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.支撐結(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：（1）與打印平臺(tái)連接；（2）保住零件的形狀；（3）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，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，舉例來說，下面一個(gè)零件，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如果要直接打印，產(chǎn)生支撐是非常多的，重新設(shè)計(jì)之后（右），基本上不需要支撐，強(qiáng)度更高，是用蜂窩狀結(jié)構(gòu)，重量還減少。

      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。如圖所示小于30度，基本上不加支撐就不能看了。

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。

最后，給大家一個(gè)3D打印金屬設(shè)計(jì)的真是示例，大家可以體驗(yàn)一下。

第一版設(shè)計(jì)：就是原始零件的設(shè)計(jì)圖， 需要三個(gè)部件來組裝，更要命的是產(chǎn)生的支撐太多！

第二版設(shè)計(jì)：零件整合，變?yōu)閮蓚€(gè)零件，但是支撐還是令人絕望，需要的時(shí)間和生產(chǎn)效率都太低。

第三版設(shè)計(jì)：三個(gè)零件最終變?yōu)橐粋€(gè)零件，不再需要裝備，而且，新的結(jié)構(gòu)幾乎不需要支撐，最后表面成型質(zhì)量還最好，而且也很好的考慮了可能產(chǎn)出的翹起，這樣打印，幾乎不可能產(chǎn)生翹起！

      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，才能最大程度的利用金屬3D打印的優(yōu)勢。希望本文能對金屬3D打印感興趣的朋友們一點(diǎn)幫助，這也是西帝摩的小小心愿。