Как Проектировать для 3D Печати с Прямым Лазерным Спеканием Металла (DMLS)

Как Проектировать для 3D Печати с Прямым Лазерным Спеканием Металла (DMLS)

Поскольку 3D печать металлом на подъеме, понимание процессов становится более ценным.

 

Аддитивное производство — это процесс, который добавляет материал, обычно на послойной основе, для создания 3D объекта, основанного на интерпретации данных 3D-автоматизированного проектирования (САПР). Аддитивное производство также называется 3D печатью или быстрым прототипированием.

Прямое металлическое лазерное спекание (DMLS) — это метод аддитивного производства, который создает прототип и изготавливает металлические детали с использованием лазера для избирательного сплавления мелкого металлического порошка.

Традиционные технологии производства удаляют материал из заготовки для создания желаемой геометрии. Аддитивное производство способно создавать очень сложные функции и сборки «все-в-одном», которые трудно достичь с помощью субтрактивных технологий изготовления.

 

Шаг за шагом

Шаг 1: Подача материала: поршень подачи перемещается вверх, помещая порошок перед валиком.

Шаг 2: Добавление слоя: ролик перемещается через подающий поршень, доставляя порошок в спеченный поршень.

Шаг 3: Спекание: Лазерное сглаживание поперечного сечения каждой детали, которая строится.

Шаг 4: Движение поршня: поршневой поршень перемещается вниз по толщине одного слоя.

Шаг 5: Слои: Процесс повторяется до тех пор, пока детали не будут полностью спечены.

Шаг 6: Удаление детали: поршень-обтирочный клапан поднимается вверх, что позволяет снимать сборку.

 

Использование

DMLS создает полностью функциональные детали из металлов, таких как кобальт-хром, нержавеющая сталь, титан, инконель (никелевые сплавы) и многих других. Типичные пользователи DMLS подпадают под эти потребности:

  • Быстрое изготовление — детали DMLS часто производится за один-три дня.
  • Высокая сложность — В эту категорию попадают сложные части машины, изготовленные на заказ медицинские изделия, полые или легкие детали и художественные изделия.
  • Быстрые или постоянные изменения — Усилия по разработке продукта и итерационные проекты хорошо подходят для DMLS, потому что нет никаких затрат на установку, как в традиционном производстве.

 

Сложность Деталей

Ключевым преимуществом DMLS является способность производить детали, которые не могут быть выполнены с использованием традиционных технологий изготовления. Изготовление с помощью DMLS может быть выгодным, если инженеры разрабатывают детали со сложной геометрией, такие как встроенные функции крепления, длинные и узкие каналы, пользовательские контуры и металлические сетчатые структуры. DMLS позволяет производить сборки в одночастной форме, уменьшая количество деталей, время сборки и возможность сбоев.

В специализированных приложениях вес детали является важным критерием дизайна. Использование субтрактивных процессов для изготовления металлической сетки или деталей с уменьшенным весом значительно увеличит время изготовления и стоимость из-за количества удаляемого материала. DMLS — оптимальный процесс для этих деталей, поскольку время производства и стоимость снижаются по мере уменьшения объема.

 

Скорость

Скорость — важный аспект процесса проектирования и производства. Как качество продукта, так и общее время выхода на рынок обусловлены возможностью своевременного создания физических моделей для соответствия и функциональных тестов, экспертной оценки и обратной связи с рынком.

Здесь аддитивные технологии позволяют быстрее и эффективнее анализировать концепцию и прототипирование. Таким образом, детали DMLS обычно используются во время предпусковых работ для тестирования продукта, тогда как конечный продукт изготавливают с помощью инструмента (то есть литья под давлением, литья металла, литья в песок). Детали DMLS обычно используются для проверки конструкций как части окончательного контроля качества продукта, а также для деталей в начале срока службы.

Детали DMLS не требуют оснастки (например, пресс-форм, приспособлений, креплений, датчиков и т. д.), что сокращает время начала производства от нескольких месяцев до дней. Таким образом, аддитивные технологии, такие как DMLS, представляют огромную ценность для настройки и изменения продукта, предлагая способы создания краткосрочных, настроенных продуктов без каких-либо дорогостоящих изменений инструмента.

 

Высокие объемы

При рассмотрении технологии производства некоторые из факторов, которые следует учитывать, — это объем производства на протяжении жизни продукта и способность вносить изменения в деталь. Если конструкция детали стабильна и неизменна на протяжении всего срока ее службы, а количество является высоким, традиционные производственные процессы дешевле. Это особенно справедливо для простых конструкций, которые не могут извлечь выгоду из геометрических сложностей, которые DMLS способен производить.

 

Ограниченный размер сборки

Машины DMLS выпускаются в различных размерах платформы. Две из наиболее популярных платформ сборки — 100 × 100 × 75 мм и 250 × 250 × 300 мм. Хотя эти размеры сборки достаточно велики для создания широкого набора деталей, более крупные части (часто те, которые делаются в более низких количествах) все еще не могут вписаться в объем сборки.

Геометрически сложная деталь DMLS.

 

DMLS, являющийся процессом 3D-печати, ложно связан с простотой, подразумеваемой из других процессов 3D-печати.

Подготовка дизайна до отправки на машину DMLS и последующая обработка впоследствии могут занять много времени. Все современные процессы имеют до и после производственные этапы. Например, для ЧПУ требуется программирование траекторий инструмента, настройка машины, резка и шлифовка, затем полировка и последующее затирание.

Перед отправкой на машину DMLS должны быть разработаны и построены конструктивные элементы поддержки. Этот шаг может занять до часа и может определить успех или неудачу работы.

 

Последующая обработка DMLS состоит из:

  1. Извлечение детали из сборной плиты с ленточной пилой, проволочной EDM или ручным инструментом для обрезки.
  2. Затем несущие конструкции удаляются из детали с помощью ручных инструментов или обработки с ЧПУ.
  3. Другие необязательные этапы отделки:
    1. Полировка
    2. Шлифовка
    3. Токарная обработка, фрезерование, облицовка, нарезание резьбы
    4. Термическая обработка

 

Структуры Поддержки

Детали DMLS нуждаются в конструкциях поддержки для:

  • Закрепление детали на сборной плите
  • Уменьшение или устранение деформации
  • Поддержка нависающей геометрии

 

В отличие от других аддитивных технологий на основе лазера и порошка, детали DMLS перемещаются в оболочке сборки, если они не закреплены должным образом на платформе сборки. Движение детали происходит от действия распространения нового слоя порошка поверх предварительно спеченного слоя или больших поперечных сечений металлической части, деформируемой во время процесса спекания. Движение детали во время сборки приведет к сбоям в частичной точности и может привести к сбоям в работе машины.

Еще одна причина, по которой требуются структуры поддержки, — поддерживать нависающую геометрию, поскольку распространение будет перемещать неподдерживаемые остатки. Примерами таких типов геометрии являются горизонтальные поверхности, большие отверстия в горизонтальном доступе, угловые поверхности, арки и выступы.

Примечание. Для поддержки нависающей геометрии используются несколько методов. В зависимости от детали и окружающих особенностей каждый метод имеет свои положительные и отрицательные стороны.

Сила с ролика может привести к тому, что высокие, узкие части сдвинутся в сборке. Конструкции поддержки предотвращают смещение деталей в сборке. Геометрия навеса может потребовать, чтобы поддерживающие структуры успешно строились с использованием DMLS: горизонтальные поверхности, угловые поверхности <30 градусов, арки и выступы, большие отверстия на горизонтальной оси.

 

Прочность детали во время сборки

Во время процесса сборки детали подвергаются силам от распространения и уплотнения новых слоев. Высокие тонкие детали восприимчивы к этим боковым силам, вызывая неточность в деталях деталей из-за неправильного дизайна или отсутствия опорных конструкций.

 

Нагрузочные функции

Функции несущей детали требуют дополнительных рекомендаций по соотношению высоты к поперечному сечению для обеспечения целостности объектов, не представленных в этой статье. Как правило, по мере увеличения высоты объекта увеличивается толщина стенки.

 

Расстояние между деталями

Во время процесса DMLS лазер создает пул расплава, который немного шире, чем диаметр лазера, от тепла, рассеиваемого в окружающий порошок. Это приведет к тому, что части, близкие друг к другу, соединяются друг с другом или создают участок спеченного порошка, который не может быть удален из спеченных областей в детали. Расстояние между элементами должно составлять не менее 0,4-0,5 мм, чтобы должным образом удалить порошок и обеспечить возможность перемещения деталей.

 

Точность

Положительные части имеют точность 20-150 мкм без какой-либо последующей обработки. Отрицательные части, такие как отверстия размером менее 50 мм, обычно будут слегка уменьшены на 100-150 мкм.

Поверхностная отделка будет варьироваться от материала к материалу, однако незавершенная часть будет иметь поверхностную поверхность RA от 2-5 мкм.

 

Как использовать эту информацию для влияния на ваши проекты:

Рассчитываемая цена деталей в значительной степени зависит от таких факторов, как проектирование несущих конструкций и удаление поддержки.

Поэтому минимизация требуемой структуры поддержки уменьшит время разработки, время сборки и последующую обработку.

Лучший способ добиться этого — сделать геометрию максимально само-поддерживающей насколько возможно:

  • Расчетные углы составляют 30 град.
  • Используйте фаски и фланцы по углам и отверстиям
  • Внедрение функций для уменьшения веса и объема

Пример №1:

В этом примере фланцы к верхней части детали вызовут проблему. Нижняя поверхность фланца потребует некоторой поддержки. Добавление фаски или фланца к нависающей геометрии делает его самонесущим.

 

Пример №2:

 

В этом примере угол наклона геометрии изменяется, делая его самонесущим. Обратите внимание, что углы от 30 град. до 45 град. будет самоподдерживаться с некоторой шероховатостью поверхности с углами > 45 град. будут иметь более гладкую поверхность.

 

Пример № 3:

На цену деталей DMLS в значительной степени влияет время сборки и количество используемого материала.

Отношение площади поверхности к объему детали играет большую роль в определении котируемой цены данной детали. Деталь с уменьшенной массой допускает более низкую цену, потому что требуется меньше времени на сборку, использование меньшего количества материала и с большей вероятностью получается правильно в первый раз.

Поскольку объем детали уменьшается, либо путем редизайна, либо с использованием другого производственного процесса для создания геометрии общая цена детали значительно снизится. В этом примере важные особенности пресс-формы построены с использованием DMLS, а окружающий материал фрезеруется, чтобы сэкономить на общей стоимости сборки.

 

Пример № 4:

Уменьшите массу и объем с помощью самонесущих элементов по вертикальной оси.

No Comments

Post A Comment

Подпишитесь на рассылку новостей
Аддитивного Производства, чтобы быть
профессионалом в современных
промышленных технологиях

Вы успешно подписались на рассылку.

There was an error while trying to send your request. Please try again.

СМАРТПРИНТ - Прямое Цифровое Производство will use the information you provide on this form to be in touch with you and to provide updates and marketing.