设计提示

用于生产零件的工业3D打印

在设计增材制造时,关注工艺、材料和零件几何形状

看看这个列表:通用电气LEAP发动机的燃料喷嘴;空客A350飞机的座舱支架;患者专用助听器和颅骨、髋关节和胸腔置换;以及用于战斗机器人的LED电源指示器外壳。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,粉碎了它只是一个“只有原型”制造过程的长久名声。

一些基本规则

每个人都知道3D打印是一种为概念评审或形状匹配功能测试生产原型的极好方法,但列出的例子证明,3D打印正在成为生产“真实”零件的一种日益流行的方法。当产量低到铸造和成型不具有成本效益时,或者当零件的复杂性阻碍了加工等工序时,情况尤其如此。然而,在开始生产下一个医疗设备或航空航天部件之前,请考虑以下几点:

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通常是小体积塑料最终使用组件的优秀解决方案,但凭借其按需制造全密度金属部件的能力,DMLS是经过测试和验证的最终使用应用方案。SL一直是一个以原型为中心的过程,尽管存在二级涂层技术,以增加SL树脂基部件的耐久性。

3 d打印的部分

材料选择Protolabs公司提供的近24种3d打印树脂和粉末满足了许多零件的机械和电气要求,其中大多数适合长期使用。从钴铬到玻璃填充的尼龙,各种最终使用部件都可以以成本效益高的数量制造出来,其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,原型零件设计与注定要使用多年的零件之间的差别是有限的。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的大门。

生产数量:尽管3D打印有很多优点,但它的零件数量相对较小,这限制了它在大多数大批量应用中的使用。因此,在任何设计项目中,了解最终使用部件的合适数量都是重要的一步。从老旧汽车的单个更换部件到复杂部件的按需生产都可能是可行的,前提是不能通过替代制造方法更经济有效地生产部件。

摘要决策

让我们从最终使用部件设计的第一个基本问题开始:金属还是塑料?这个答案决定了用哪一种工艺来制造你的零件,以及它们后续的材料性能。如果需要金属部件,DMLS是合乎逻辑的(尽管是唯一的)选择。DMLS生产多种医疗和航空航天友好型金属,包括不锈钢、铝和钛等。

从通用电气和空客对DMLS的接受程度来看,监管部门对用于生产DMLS部件的金属粉末的担忧已不再像过去那样成为制约因素。然而,材料验证仍然是任何最终用途产品推出的一个因素,特别是关键飞行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,以支持在加工其dls部件时进行更高级别的控制。这可以包括按行业或客户规格进行处理,如果需要,提供文档和测试样本。这些测试样本可以在产品发布之前构建并发送到实验室进行验证,或者在生产构建期间与实际部件一起构建,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dml零件翘曲的关键。

然而,仅仅因为这种金属适合于最终使用的部件,并不意味着dml是制造它们的正确方法。DMLS使用高功率激光一次熔化和融合一层纸那么薄的金属颗粒。由于涉及到的极端高温,必须使用脚手架式的支撑结构来控制翘曲和卷曲,这些结构必须在建造过程后拆除。这种额外的时间和精力使得DMLS对于那些不能用其他工艺制造的复杂金属零件(如机械加工),或者存在大量组装简化机会的地方(如通用电气的燃料喷嘴)最具成本效益,该产品将原始装配的零件数量从20个独立零件减少到一个DMLS打印的单一零件。

选择SLS

DMLS可能是小容量、最终用途部件竞赛的头号竞争者,但SLS紧随其后。从技术的角度来看,它与dml非常相似。两者都使用激光在粉末床中熔合材料层。与金属相比,塑料熔炼的能耗更低,所以SLS不需要支撑结构。这使得使用整个建造室更容易,从而简化了部件设置和后处理,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dml不同的是,SLS只提供0.004英寸厚度的一种分辨率。检查protolabs.com更多信息。

其他SLS注意事项

许多客户选择不填充的尼龙,因为在完成部分需要更多的“给予”,例如椅子的椅背,而填充材料是齿轮,滑轮和其他机械应用的更好的选择。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“吸湿”(吸水)和轻微多孔,使其不太适用于非常潮湿的条件。

塑料会翘曲,尼龙也不例外。提高注塑成型零件稳定性和精度的相同设计实践——均匀的壁厚,大平面区域的肋,等等——也提高了SLS制造的质量。尼龙被广泛用于注塑成型零件,所以SLS对于那些等待生产工具交付的客户来说是一个极好的临时解决方案,或者对于投资这种工具没有意义的客户来说。

不要轻视SL

如果dml是添加块上的新孩子,立体光刻就是它的祖父。作为快速原型的原创和无可争议的王者,SL生产非常精确和精细的零件,但在最终使用的零件中通常被忽略。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,如果把这些相同的部件用SLArmor(一种由Protolabs公司提供的轻质陶瓷镀镍材料)包裹起来,它们就会像钉子一样坚韧,而且足够稳定,可以使用多年。

无论使用哪种方法,重要的是要记住与任何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。重量轻、装配简化、制造成本降低——其好处是多方面的。随着设计师们继续探索3D打印,更多的终端应用将被发现,这反过来将催生3D打印及其功能的额外增长。

想要更深入地研究SL, SLS和dml的材料特性,阅读我们关于选择正确的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。联系Protolabs 877.479.3680或(电子邮件保护)讨论可能性或简单地在protolabs.com上上传3D CAD模型即时报价。