设计提示

工业3D打印生产零件

在设计增材制造时,关注工艺,材料,零件几何形状

看看这个清单:通用电气(General Electric) LEAP发动机的燃油喷嘴;空客A350飞机座舱支架;患者专用助听器和颅骨、髋关节和胸腔置换术;以及用于战斗机器人的LED电源指示灯外壳。这些只是工业3D打印技术生产的功能齐全的最终用途部件的几个例子,也被称为增材制造,打破了它是一个“只有原型”的制造过程的任何挥之不去的声誉。

一些基本规则

每个人都知道,3D打印是一种极好的方式来生产原型的概念审查或形式匹配功能测试,但所列出的例子证明,它正在成为一种越来越流行的方法来生产“真实”的零件。当体积足够低以至于铸造和成型不具有成本效益时,或者零件复杂性禁止加工等工艺时,尤其如此。但是,在开始制造下一个医疗设备或航空航天部件之前,请考虑以下事项:

技术Protolabs使用三种不同的增材制造工艺:直接金属激光烧结(摘要)选择性激光烧结(SLS),有限元(SL)。尽管SLS通常是小批量塑料最终用途组件的优秀解决方案,但由于DMLS能够按需制造全密度金属部件,因此DMLS是经过测试和验证的最终用途应用选择。SL一直是一个以原型为中心的过程,尽管存在二次涂层技术来增加SL的树脂基部件的耐久性。

3 d打印的部分

材料选择Protolabs提供的近24种3d打印树脂和粉末可满足当今零件的许多机械和电气要求,并且大多数适合长期使用。从钴铬到玻璃填充尼龙,各种最终用途部件可以以具有成本效益的数量制造,精度足以与机械加工和注塑成型竞争。2022世界杯足球赛时间表

设计注意事项在许多情况下,原型零件设计与预定使用多年的零件设计之间的差异有限。重要的是,产品设计师和工程师认识到3D打印在这方面的潜力。创造有机形状和复杂晶格的能力打开了传统制造业的大门。

生产数量尽管3D打印有很多优点,但它被限制在相对较小的零件数量上,限制了它在大多数大批量应用中的使用。正因为如此,在任何设计项目中,了解最终用途部件的合适数量是重要的一步。从老式汽车的单个替换部件到复杂部件的按需生产运行都可能是可行的,只要该部件不能通过其他制造方法更经济有效地生产。

摘要决策

让我们从最终用途部件设计的第一个基本问题开始:金属还是塑料?答案决定了将使用哪种工艺来构建您的部件,以及它们随后的材料特性。如果需要金属部件,DMLS是合乎逻辑的(尽管是唯一的)选择。DMLS生产几种医疗和航空航天友好的金属,包括不锈钢,铝和钛等。

从通用电气和空客的接受程度来看,监管机构对用于生产DMLS部件的金属粉末的担忧已不像过去那样受到限制。然而,材料验证仍然是任何最终用途产品推出的一个因素,特别是对飞行至关重要的航空航天部件和用于人体内部的医疗产品。

Protolabs将与客户合作制定质量计划,以在加工其DMLS零件时支持更高水平的控制。这可以包括按行业或客户规格进行处理,如果需要,提供文件和测试样品。这些测试样品可以在产品发布之前制作好并送到实验室进行验证,或者在生产过程中与实际部件一起制作,以便随后进行测试。选择权在你。

支撑结构有助于防止翘曲
支撑结构是防止SL和DMLS零件翘曲和卷曲的关键。

然而,仅仅因为金属适合于最终用途部件并不意味着DMLS是构建它们的正确过程。DMLS使用高功率激光一次熔化和融合一层纸薄的金属颗粒。由于涉及到极高的热量,翘曲和卷曲必须使用类似脚手架的支撑结构来控制,这些支撑结构必须在建造过程后移除。这种额外的时间和精力使得DMLS对于复杂的金属部件来说是最具成本效益的,这些复杂的金属部件无法通过其他工艺制造,比如机械加工,或者存在大量简化装配的机会,比如通用电气的燃油喷嘴,它将原始装配的零件数量从20个单独的零件减少到一个单独的DMLS打印部件。

选择SLS

DMLS可能是小批量最终用途部件竞赛中的头号竞争者,但SLS紧随其后。从技术角度来看,它与DMLS非常相似。两者都使用激光在粉末床上熔化材料层。与金属相比,塑料的熔炼能耗更低,因此SLS不需要支撑结构。这使得它更容易使用整个体积的构建室,从而简化了部分设置和后处理,从而降低了成本。SLS仅限于尼龙家族的塑料,尽管玻璃和纤维填充材料也可用。与DMLS不同的是,SLS仅提供一种分辨率,层厚度为0.004英寸。检查protolabs.com了解更多信息。

其他SLS考虑事项

许多客户选择未填充尼龙,因为在成品部件中需要更多的“给予”,例如座椅靠背,而填充材料在齿轮,滑轮和其他机械应用中是更好的选择。尼龙可以通过高压灭菌灭菌,所以它经常用于医疗部件,如仪器手柄和设备外壳,但它也是“吸湿”(吸水)和轻微多孔,使其在非常潮湿的条件下不太适用。

塑料经线,尼龙也不例外。同样的设计实践,提高了注塑成型零件的稳定性和精度,如均匀的壁厚、大平面上的棱纹等,也提高了SLS制造的质量。尼龙广泛用于注塑件,所以SLS是一个很好的临时解决方案,为那些客户等待交付的生产工具,或在这样的工具投资没有意义。

不要轻视SL

如果说DMLS是增材制造领域的新生事物,那么立体光刻就是它的祖父。原始的和无可争议的国王快速原型,SL生产非常精确和精细的零件,但通常被忽视的最终用途的零件。这是因为与SL一起使用的光固化树脂对长期暴露在紫外线下的反应很差,导致材料降解和零件移动。然而,将这些相同的部件包裹在由Protolabs提供的轻质陶瓷填充镍镀层SLArmor中,它们将像钉子一样坚韧,并且足够稳定,可以使用多年。

无论使用哪种方法,重要的是要记住任何3D打印项目的复杂性是免费的。这为产品改进创造了无限的潜力。轻量化、简化装配、降低制造成本——好处多多。随着设计师不断探索3D打印,将会发现更多的最终用途应用,这反过来又会产生3D打印及其功能的额外增长。

想要更深入地了解SL, SLS和DMLS的材料特性,阅读我们关于选择合适的3D打印材料的白皮书.如果你目前需要少量的功能性最终用途部件,3D打印可能是答案。请致电877.479.3680或(电子邮件保护)简单地讨论可能性在protolabs.com上传一个3D CAD模型为一个即时报价。