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增材制造六個設(shè)計要素:如何降低制造成本、提gaoxiao益_上海長肯供

更新時間:2018-09-27   |  點(diǎn)擊率:2190

增材制造六個設(shè)計要素:如何降低制造成本、提gaoxiao益

3D打印技術(shù)能夠通過降低模具成本,減少材料,減少裝配,減少研發(fā)周期等優(yōu)勢來降低企業(yè)制造成本,提高生產(chǎn)效益。那么,是不是將原有的設(shè)計思維和對于制造成本的管控方式直接挪到3D打印這種增材制造方式中來就可以發(fā)揮出3D打印的優(yōu)勢了呢? 面對3D打印技術(shù),企業(yè)是緊盯3D打印對制造成本的影響,還是放眼全局?

本文結(jié)合美國大型3D打印服務(wù)企業(yè)Proto Labs的應(yīng)用工程師所總結(jié)的增材制造六個設(shè)計要素,剖析如何才能夠減少3D打印帶來的額外制造成本,更好的發(fā)揮3D打印在降低企業(yè)制造成本和提高綜合效益方面的優(yōu)勢。

優(yōu)化設(shè)計

精心設(shè)計的3D打印零件遵循的許多原則與注塑成型相似,比如說:在相鄰表面之間使用漸變過渡;避免橫截面積和零件體積之間的差異巨大的情況;避免出現(xiàn)在成品工件上產(chǎn)生殘留應(yīng)力的尖角;無支撐的薄壁結(jié)構(gòu)不能過高,否則會出現(xiàn)翹曲。

拋棄傳統(tǒng)

典型的3D打印零件往往帶有仿生設(shè)計,比如說蜂窩結(jié)構(gòu)或復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。不要害怕在設(shè)計時使用這種結(jié)構(gòu),只要它們能夠創(chuàng)造出更輕、更堅固的部件。

不必忌諱在設(shè)計中使用孔狀結(jié)構(gòu),因?yàn)橥ㄟ^傳統(tǒng)制造方式在零件中鉆孔無形中增加了材料的浪費(fèi),從而導(dǎo)致成本上升。

但應(yīng)注意的是,在增材制造時,尤其是選區(qū)激光熔融金屬3D技術(shù)制造圓孔時需綜合考慮是否添加孔洞的支撐結(jié)構(gòu)以及下表面可能會出現(xiàn)的變形情況,有些情況下,考慮采用淚滴形或六角形等孔形結(jié)構(gòu)來代替圓孔是更好的設(shè)計方式。

綜合考慮零件大批量生產(chǎn)時的制造方式

3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自由造型,為零件設(shè)計創(chuàng)新帶來了很大空間,比如說3D打印技術(shù)可以制造出具有很多孔洞結(jié)構(gòu)的零件,但這并不意味著一定要這樣來設(shè)計零件。

這是由于,很多企業(yè)認(rèn)識到3D打印技術(shù)能夠勝任零部件小批量生產(chǎn),但是一旦企業(yè)所需要的產(chǎn)量大量上升時,仍需要考慮轉(zhuǎn)換成機(jī)械加工、鑄造等傳統(tǒng)工藝,在這種情況下,設(shè)計師需要在設(shè)計早期就綜合考慮零件將來投入量產(chǎn)時所采用的制造工藝是否也同樣能夠成功的實(shí)現(xiàn)出設(shè)計方案,從而在設(shè)計時做出權(quán)衡。

在設(shè)計周期早期進(jìn)行可制造性(DFM)分析非常重要,做到這一點(diǎn)將確保企業(yè)在整個零件生命周期中實(shí)現(xiàn)具有成本效益的生產(chǎn)。

減少打印后的二次操作

部分3D打印工藝中需要為打印零件添加支撐結(jié)構(gòu),以防止零件卷曲和翹曲,例如在使用選區(qū)激光熔融設(shè)備加工金屬零件時,通常需要為懸伸結(jié)構(gòu)添加支撐;立體光固化(SLA)3D打印中,也存在著需要添加支撐結(jié)構(gòu)的情況。

打印中形成的金屬支撐結(jié)構(gòu),在打印完成之后需要通過機(jī)加工等方式去除,塑料支撐結(jié)構(gòu)需要通過手持磨砂機(jī)等方式加以去除。但不論是何種去支撐的方式,都會增加成本,延發(fā)制造周期。因此設(shè)計時應(yīng)考慮通過改變設(shè)計、改變零件擺放的等方式來盡量避免為零件添加支撐結(jié)構(gòu)。

觀察公差

為了滿足金屬零部件對公差的要求,有時配合使用機(jī)械加工等二次加工工藝是必要的,但過度追求公差要求將會對3D打印零件的設(shè)計和制造產(chǎn)生影響,比如說為過度追求精度而增加打印層數(shù),從而導(dǎo)致打印時間和打印成本增加。

采用恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計策略,有時可以減少使用打印后處理工藝,比如說懸伸結(jié)構(gòu)表面(下表層),通常比垂直壁面和朝上表面的表面光潔度差,如果要生產(chǎn)具有zuijia精度的細(xì)節(jié)特征,那么zuihao在設(shè)計時將這些特征定位在零件的上表層。

顧全大局

雖然3D打印的材料成本、設(shè)備成本比成熟的傳統(tǒng)制造工藝高,但不要因此而望而卻步。

在進(jìn)行3D打印零部件設(shè)計時,更應(yīng)緊緊抓住3D打印技術(shù)在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜輕量化結(jié)構(gòu),功能集成化零件方面的優(yōu)勢,盡可能激發(fā)3D打印在零部件設(shè)計優(yōu)化中所起到的作用。

也就是說,面對3D打印技術(shù)時如果僅關(guān)注這項技術(shù)對于制造成本的影響,而忽略掉全面考慮該技術(shù)在重塑產(chǎn)品設(shè)計和功能,以及重塑供應(yīng)鏈方面的潛力,會使企業(yè)錯過3D打印創(chuàng)造的更多綜合效益。