Direct Metal לייזר Sintering (DMLS) הוא טכנולוגיה לייצור תוספי אבקת שומן כי בונה שכבת מתכת מורכבת על ידי שכבת שימוש בלייזר בעוצמה גבוהה. בעוד DMLS מציעה חופש עיצוב חסר תקדים בהשוואה לשיטות תת-פעולה מסורתיות, הוא מטיל מגבלות גיאומטריות קפדניות כי מהנדסים חייבים לנווט כדי לייצר אפקטים פונקציונליים, אמין, אלה נובעים מן הפיזיקה של מעצבי לייזר, ניהול תרמי, ובקרת במהלך תהליך זיהוי מוקדם של תהליכים מתקדמים, כדי להפחית את ההשפעות של תהליך זה.

הבנת DMLS וגבולותיה

DMLS פועל על ידי הפצת שכבת מתכת דקת על פני פלטפורמה של בנייה, בדרך כלל 20 עד 60 מיקרונים עבה. לייזר לאחר מכן חיסל באופן סלקטיבי את האבקה בדפוס של מודל 3D פרוסה, מה שהופך את החלקיקים לשכבה למטה.לאחר כל שכבה, הפלטפורמה יורדת, מעיל טרי של אבקה מוחל, ואת התהליכים חוזרים עד שהחלק הושלם.

תהליכים מרכזיים והשפעה

כמה פרמטרים ישירות משפיעים על יכולת גיאומטרית של מצב לייזר, בדרך כלל בין 50 ל 100 מיקרונים, מכתיב את ההחלטה המינימלית תכונה. עובי שכבתי קובע את החוספס משטח אפשרי ואת אפקט מדרגות-שלב. אסטרטגיות סריקה, כגון חיתוך חיתוך ואפקט לייזר, השפעה על הצטברות חום ועיוות. התפלגות גודל חלקיקים משפיעה על מעצבים מתפשטים ויכולת ליצור פרטים בסדר.

התנהגות חומרית במהלך Sintering

חומרים נפוצים DMLS כוללים נירוסטה (316L, 17-4PH), טיטניום (Ti6Al4V), אלומיניום (AlSi10Mg), ו Superalloys מבוסס ניקל כמו Inconel 718. כל חומר מגיב אחרת לסדקים מהירים וקידוד. לדוגמה, ⁇ ספציפיים של סגסוגת טרום טיטניום להפגין מתחים גבוהים בשל התנהגות תרמית נמוכה, מה שהופך אותם נוטה ללקות על פני הגדרות אנרגיה נמוכות יותר.

אתגרים גיאומטריים נפוצים

התכונות הגיאומטריות הבאות הן לעתים קרובות בעייתיות ב-DMLS כל אתגר נובע מהפיזיקה הבסיסית של היתוך מיטה אבקה ודורש אירוח עיצוב ספציפי.

Overhangs ו-Unsupported Surfaces

עודף מתרחש כאשר חלק תכונה משתרע החוצה מהגוף הראשי ללא תמיכה ישירה מן השכבה למטה. במהלך הדפסה, משטחים מעופפים נתמך רק על ידי אבקה רופפת, אשר לא יכול לשדר חום או כוח מכני ביעילות.אם זווית העודף הוא רדודה מדי - מתחת 45 מעלות מאופק - השכבות עשויות להיות מסולמות, או להרוס את זה קורה כי לייזרים לא מנטר, גורם תרמילי לפני ההתפשטות חומר מוצק יכול להיות מלא, או עיוותים, יכול לבנות עיוותים, 000 מוצק, 000.

(FLT:0) הנחיות עיצוב:ראהFLT:1 לשמור על זוויות התלולות יותר מ 45 מעלות בכל פעם שניתן. עבור זוויות רדודה, לשלב מבנים תמיכה אשר מנהלים חום ולספק יציבות מכנית. Lattice או חסימות תומכים הם נפוצים, אבל הם מוסיפים עלות חומרית ודורשים להורדת לאחר עיבוד עצמי (למשל, 45-60) להפחית את התמיכה ולשפר את פני השטח כדי להפחית את האוריינטציה מרחוק או להשתמש בצורות קריטיות.

קירות דקים

קירות דקים מתחת לקוטר של אבן לייזר עשויים לא להשיג התכה מלאה, וכתוצאה מכך מבנים ⁇ או היתוך לא שלם.גם כאשר נתיב לייזר הוא מתוכנן לפצות, חום תרמי שוקע לתוך האבקה שמסביב יכול לגרום uneventtering.קיר המינימום תלוי חומר וגיאומטריה חלק אבל בדרך כלל נע בין 0.3 ל-0.6 מ"מ עבור רוב המתכות.

(FLT:0) הנחיות עיצוב:ראהFLT:1 ; Aim for קיר עוביים מעל 0.5 מ"מ כדי להבטיח שלמות מבנית. עבור עיצובים מורכבים או עיצובים זעירים, להשתמש צלעות קשיחות או גועלים בצומת.חשב להגדיל את עובי הקיר בכיוונים לחוצים לחוצים מתוחים או יישום של מנטה קלה. בנה אוריינטציה יכול לעזור: קירות מיושר פחות נוטה כדי ל Bing עם יצרן ספציפי עבור נתונים.

תכונות וגשרים לא תומכים

כל משטח הפוך כלפי מטה המשתרע על פני השטח כי הוא פער ללא תמיכה - כגון גשר בין שני עמודות אנכיות - אינו נתמך. במהלך הדפסה, השכבות הראשונות של הגשר אין חומר מוצק מתחתיהם, רק אבקה.הייזר חייב להמיס את השכבות האלה לתוך הפער, אבל ללא כיור חום, החומר נוטה להתחמם יתר על המידה ולחבל גשרים ארוכים (מעל 5 מ"מ) לעתים קרובות דורשים תמיכה למנוע קריסת פנימי, כמו גם עם גגות.

(FLT:0) הנחיות עיצוב: ⁇ FLT:1 גשרים בצורת קשת (למשל, מדמיע או פרופילים נתינה) הם תמיכה עצמית כי זווית הקשת נשאר מעל סף העודף המינימלי.עבור עיגולים ארוכים, לחרוג הגשר עם תמיכה אנכית או חורים vent.אם תמיכה הם בלתי נמנעים, לתכנן אותם כעמודות דקות או לקטים קלים על ידי הסרת פיסת אדים או לחלק מהם, או לפרק אותם דרך כמה וכמה חלקים מהירים.

ערוצים פנימיים מורכבים

ערוצים פנימיים משמשים למקרר, זרימה נוזלית או ירידה במשקל.האתגר העיקרי הוא הסרת אבקה: לאחר הדפסה, אבקה רופפת חייבת להיות מפונה של אבקה קטנה או מתפתלת, אשר יכול לחטא במהלך טיפול חום מאוחר יותר או לגרום כריתת רגל בתוך ערוצים - באופן חד משמעי בטווח של 5-15 מיקרומטר Ra - גם זרימה נוזל בלתי מאוישת ולהגדיל את הלחץ.

(FLT:0) עיצוב קווים מנחים: מציג ערוצים עיצוביים של 1 (FLT:1) עם קוטרים גדולים מ 2-3 מ"מ כדי לאפשר הסרת אבקה. השתמש בחליטה - פתחים קטנים בתחתית הערוצים - כך אבקה זורמת במהלך depowdering. עבור יישומים הידראוליים, לציין רדיוס שרביט מינימלי של 2-3 פעמים הערוץ כדי להפחית את אובדן הלחץ.

משטחים גדולים

משטחים שטוחים Horizontal עם שטח גדול (למשל, לוחות בסיס או flanges) רגישים לעיוות תרמי.חום מתרכז בשכבות הראשונות, גרימת התכווצויות וייבוש בשוליים.זה יכול להוביל לנפץ כי detaches את החלק מפלטפורמת הבנייה או מציג מתחים שאריות.

(FLT:0) הנחיות עיצוב:ראה FLT:1 להימנע משטחים שטוחים רצופים גדולים; במקום זאת, לשבור אותם עם צלעות, חריצים, או תבניות מינוף.אם משטח שטוח הוא הכרחי, או להיות אנכי או בזווית תלולה (מעל 45 מעלות) כדי להפחית את הבנייה התרמית. השתמש באסטרטגיה הכוללת שכבת בסיס מוצקה של תמיכה (למשל, 1-2 מ"מ) עבה יכול להיות מגובה של כ -200 מעלות צלזיוס כדי להפחית חומרים מאוחר יותר.

אסטרטגיות להגבלות נוספות

יישום גישה שיטתית לעיצוב יכול לעזור להפחית את האתגרים לעיל.אסטרטגיות הבאות הוכחו לשפר את יכולת ההגשמה, להפחית עלויות ולשפר את איכות החלק.

עיצוב תמיכה אופטימיזציה

מבנים תומכים הם הכרחיים עבור ג'ממות רבות, אבל הם מוסיפים חומר, זמן הדפסה, ומאמץ לאחר עיבוד.

  • אוריינטציה של החלק למזער את העודף: לדוגמה, לסובב את החלק כך שרוב התכונות הן תמיכה עצמית. השתמש:0Build אוריינטציה ניתוח FLT:1 כדי למצוא את הזווית אשר מאזן תמיכה נפח עם דרישות קצה פני השטח.
  • שימוש ב-FLT:0 (התמיכה) או אטיצ'ה תומך ב-EverFLT:1 במקום תמיכה בבלוק מוצק.אלה להפחית את צריכת החומר, וקלים יותר להסיר עם צפים או compers.
  • שילוב של ההרחבה:0) תכונות של הסרת תמיכה ב- 1FLT (בקיצור: כרטיסיות שבורות או תמיכה חלקית שבר תחת כוח מינימלי.
  • סימולציה של מתח ותמיכה הצרכים עם ניתוח אלמנטים סופי (FEA) כלים כמו Netfabb או חומרי קסם יכול לחזות היכן התומך הם קריטי ומציעים גיאוגרפיות חלופיות.

אופטימיזציה של קיר תותבות וגודלים איכותיים

שמירה על הנחיות עובי מינימלי מונעת תקלות הדפסה ומבטיחה כוח מכני.

  • (ב) עיין ב[[1924]] ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]
  • עבור תכונות כמו בוסים, צלעות, או פינים, להוסיף זוויות טיוטה של 1-3 מעלות כדי לסייע הסרת אבקה ולהפחית ריכוזי מתח.
  • שימוש ב-FLT:0 (בקיצור:0) עוביים בלתי ניתנים לעצירה (FLT) 1 בכל רחבי האזור: חלקים עבים יותר ליד אזורי מתח או מתח, חלקים דקים שבהם משקל הוא קריטי.
  • בדוק עם משרד השירות שלך עבור סובלנות מכונה ספציפית, שכן אלה יכולים להשתנות בין ייצורים (למשל, EOS M290 לעומת 3D מערכות ProX DMP 320) עבור הפניה, לראות את FLT:03D מערכות DMLS מדריך עיצוב סימול 10:1 עבור תכונות מינימליות אימות.

המונחים: inside Geometries for נגישות

תכונות פנימיות שקשה להגיע לתהליכים לאחר עיבוד צריך להיות פשט או מתוכנן מחדש:

  • ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • ערוצים עיצוביים עם (FLT:0) מוצפנים או פרופילים קונטימיים (FLT:1) כדי להקל על זרימת אבקה.כלל נפוץ הוא לשמור על יחס אורך ערוץ למטר מתחת לגיל 10.
  • (ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]
  • עבור ערוצי קירור, השתמש ב- 0 (FLT:0) עיצובים רפורמאליים 1 (FLT:1), אשר עוקבים אחר פני השטח של החלק, אך להבטיח שפרופיל הערוץ עגול או val עבור תמיכה עצמית.

שליטה בלחצים וסלידה

לחצים סובסידיים מפני חימום מהיר קירור יכולים לגרום לקרוס, שינוי ממדי, ומיקרו-קרינג.

  • השתמש ב-FLT:0 (relief חום טיפול חום חום LILT:1) לאחר הדפסה (למשל, 650 מעלות צלזיוס למשך שעתיים עבור נירוסטה פלדה) זה מפחית מתחים פנימיים לפני הסרת פלטפורמת הבנייה.
  • חלקי עיצוב עם (FLT:0) מאוזנים חצו-שטחי: 1 (מ) כדי להימנע מעומס תרמי סימטרי.חלקים סיממטריים מתנפצים פחות מאלה עם שינויים פתאומיים בעובי.
  • (בשיתוף:0) , 000 ⁇ או דבש, ב-Fileph 1 כדי להפחית את המסה תוך שמירה על נוקשות, אשר מפחיתה את הלחץ הכולל על החלק.
  • מניחים את החלק ליד מרכז הפלטפורמה של בניית שם ⁇ תרמי הם יותר אחיד.פיר ועמדות קצה יכולים להחמיר את הרינג.

Leverage Lattice Structures and Topology Optimization

DMLS מצטיין בייצור מבני אטיצ'ה עבור קל משקל וקליטת אנרגיה.עם זאת, מגבלות גיאומטריות של אטיקטים: צמתים עם זוויות חריפות עשויים לא להדפיס נקיות, ו struts אופקיים דורשים תמיכה.

  • שימוש ב-FLT:0 (מתמוך ב-iattice כדי להתנצלות ב- 1:1 כגון מ"ק ממוקד גוף" (BCC) או "Ttet truses" (ה- BCC) יש זוויות מתוחות מעל 45 מעלות, צמצום הצורך בתמיכה.
  • הגדר עוביים מעל 0.4 מ"מ להדפסה אמינה. ⁇ דקנר עשוי לפרוץ במהלך איסוף אבקה.
  • בצע את ה-FLT:0 , אופטימיזציה של אסטמציה 1 (FEA) באמצעות FEA כדי לקבוע את ההפצה החומרית הטובה ביותר.חבילות CAD רבות (למשל, Fusion 360, SolidWorks עם אופטימיזציה של תוספות) יכול ליצור צורות אורגניות אשר לעתים קרובות תמיכה עצמית.
  • אימות עיצובים אופטימיזציה עם סימולציה של תהליך DMLS. Software כמו ANSYS Additive Suite או Simcenter 3D יכול לחזות השתקפות ולהציע שינויים עיצוב.

טכניקות עיצוב מתקדמות וכלים

מעבר להתאמות גיאומטריות בסיסיות, כלי תוכנה מודרניים ומתודולוגיות עיצוב יכולים לשפר באופן דרמטי את איכות ויעילות של DMLS.

עיצוב ייצור של Additive Manufacturing

אלגוריתמים עיצוביים מייצרים אלפי וריאציות עיצוב כדי לענות על קריטריונים ביצועים (למשל, נוקשות, משקל, מוליכות תרמית) צורות אורגניות וכתוצאה מכך הם מתאימים לעתים קרובות מאוד DMLS כי הם באופן טבעי נמנעים פינות חדות ודורשים פחות תמיכה. לדוגמה, כי ברקת מעוצבת מעוצבת עשוי להיות מבנה דמוי עץ עם בסיסים עבים ועקום כי הם תמיכה עצמית.

תהליך Simulation

(המסים את תהליך ההדפסה של DMLS לפני הייצור יכולים למנוע כשלים יקרים.כלים של סימבול מחשבים היסטוריה תרמית, לחזות עיוות, ומציעים אמצעי פיצוי.לדוגמה, אם סימולציה מראה עלייה של חניכיים עד 1 מ"מ, המודל יכול להיות pre-distorted כלפי מטה על ידי כמות זו. גישה זו היא בעלת ערך במיוחד עבור חלקים גדולים עם סובלנות.

תכנון פוסט-Processing

החלטות עיצוב משפיעות על שלבים עיבוד לאחר כגון הסרת תמיכה, טיפול חום, שחרור מטמון חשמלי (EDM), ו- CNC סיימו. מעצבי צריך:

  • Leaves (FLT:0)machining קצבאות 1 (0.5-1.0 מ"מ) על פני השטח הדורש סובלנות הדוקה או גספלות נמוכה. DMLS לסיים בדרך כלל טווחים מ 5-15 מיקרומטר רא; שחיקה או מאצ'ינג יכולים להשיג 1 מיקרומטר או טוב יותר.
  • הוסף:0 (ב) או נצמד ל-FLT:1 כפעולות נפרדות ולא הדפסה אותם.
  • נחשב ל-FLT:0 ⁇ ⁇ (HIP)IRLT:1 עבור חלקים הדורשים צפיפות מקסימלית (למשל, רכיבי אווירו-מרחב). HIP מתייחס חום ולחץ על סגירת כל נקבוביות פנימית.
  • תוכנית עבור (FLT:0) קיצוץ 1 של תמיכה גדולה: עיצוב פער דק (0.5 מ"מ) בין החלק ותמיכה כדי לאפשר גישה קלה ל- EDM.

מסקנה

תכנון DMLS דורש הבנה מעמיקה של המגבלות הגיאומטריות של הטכנולוגיה.על ידי התמודדות עם אתגרים משותפים כגון Overhangs, קירות דקים, תכונות לא נתמכות, ערוצים פנימיים מורכבים, משטחים שטוחים גדולים, מהנדסים יכולים ליצור חלקים חזקים פונקציונליים כי הצטברות על היתרונות של ייצור תוספת של תוספי מתכת.אסטרטגיות כולל אופטימיזציה, בקרת עובי, פשטות פנימית, ניהול, ושימוש של מבנים ליטי או פרודוקטיביות מוכחים כדי להבטיח תכונות בסיסיות יותר של עיצוב.