Doğrudan Metal Laser Sintering (DMLS), mühendislerin işlevsel, güvenilir parçalar üretmesi gereken bir toz yatak plato katkılı üretim teknolojisidir.Bu kısıtlamalar, yüksek güç lazer kullanarak katmanlar kullanılarak karmaşık metal parçalar tabakaları oluşturur.Akılımdaki bu kısıtlamaların tanınması ve üretim aşamasındaki kısıtlamaların azaltılması, tasarım aşamasındaki kısıtlamaların azaltılması, iş dışı maliyetlerin azaltılması ve tekrarlanabilir hale getirilmesi için kritik önem taşır.

DMLS ve Sınırlarını Anlamak

DMLS, bir binadaki ince bir metal tozu yayarak çalışır, genellikle 20 ila 60 mikrons kalın. Bir lazer sonra, bir dilim 3D modelinin deseninde tozları seçici olarak dağıtır ve her katmanın altından sonra, platformun yüzeyinin tazeleştirilmesi, ve bu işlem tamamlandığına kadar tekrarlanır.

Anahtar Süreç Parametreleri ve Onların Etkileri

Çeşitli parametreler doğrudan geometrik fizibiliteyi etkiler. Lazer nokta çapı, genellikle 50 ve 100 mikron arasında, minimum özellik çözünürlüğünü dikler. Katman kalınlığı, kullanılabilir yüzey kabağını ve sabit hız etkisini belirler.Bu parametreleri anlamak, sınırlamaların ve nasıl ayarlanacağını ve buna göre ayarlamanın yollarını öngörür.

Sintering sırasında malzeme davranışı

Common DMLS malzemeleri paslanmaz çelik (316L, 17-4PH), titanyum (Ti6Al4V), alüminyum (AlSi10Mg), ve nikel bazlı süperalloylar Inconel 718 gibi, her malzeme daha yüksek enerji kesintilerini ve sağlamlaştırmaya farklı olarak yanıt verir.

Common Geometric Challenges

Aşağıdaki geometrik özellikler DMLS'de sık sık sorunludur. Her meydan okuma, toz yatağının temel fiziklerinden kaynaklanır ve belirli tasarım tesisleri gerektirir.

Overhangs ve Desteksiz Yüzeyler

Bir overhang, bir kısım özelliği aşağıdaki katmandan doğrudan destek olmadan ana bedenden dışlandığında meydana gelir. baskı sırasında, alt yüz yüzeyler sadece ısı veya mekanik güçle etkili bir şekilde aktarılamaz.Eğer aşırı açı çok sığsa - yüzeysel olarak altmış 45 derece altında - tabakalar eğri olabilir, bilge veya delaminate. Bu, lazer ısıları yorumlanmamış toz, temel materyalin daha önce ısıtılabilir ve bozulmaya neden olur.

[FONT:0] Tasarım yönergeleri:[[Dönetici:0) Sağlam açılar için, ısıyı yöneten ve mekanik stabilite sağlayan destek yapıları entegre edin. Lattice veya blok desteği ortaktır, ancak bir parçaya maddi maliyet ve işlem sonrası geri yükleme gerektirir.

İnce Duvarlar

Lazer spot çapındaki ince duvarlar tam bir erimeye, göz ardı edilebilir yapılara veya eksik füzyona neden olabilir. Lazer yolu telafi etmek için programlandığında bile, ısıyı çevreleyen duvarların içine batırabilir. minimum duvar kalınlığı, malzeme ve kısım geometrisine bağlıdır, ancak genellikle çoğu metal için 0,3 ila 0.6 mm arasında değişir.

[FONT:0) Tasarım yönergeleri:[Döneticileri için bir giriş, sabit veya ince-web tasarımları için, seçilmiş malzeme ve makineniz için sertleştirici kaburga veya gussetler kullanın. Duvar kalınlığını stresli yönlerde artırmayı veya hafif bir dokunuşu uygulamayı düşünün: duvarlar dikey olarak daha az bükmeye eğilimlidir.

Desteksiz Özellikler ve Köprüler

Köprünün ilk birkaç katmanının altında sağlam bir malzeme yok, sadece toz. Lazer bu tabakaları boşluk haline getirmelidir, ancak ısı battıktan sonra, malzeme aşırı ısı ve bilge köprüler arasında bir köprüyü aşırıya eğilimlidir.

[FONT:0] Tasarım yönergeleri:[Döneticiler:[Dönler: 0,4] Yuvarlak veya arşiv şeklinde köprüler (örneğin, göz kapakları veya ogive profilleri) kendi kendine destekleniyor çünkü arkın açısı minimum fazla eşiği yukarıda kalıyor ve bunları ayrı olarak kullanıyor ve onlara kaynak veya kanalize ediyor.

Kompleks İç Kanallar

İç kanallar uygun soğutma, sıvı akış veya ağırlık azaltımı için kullanılır. birincil meydan okuma toz kaldırılması: baskıdan sonra, gevşek toz kanaldan tahliye edilmelidir.Daha sonraki ısı tedavisi sırasında veya tıkanma sırasında sinerjik kesme.

[FONT:0] Tasarım yönergeleri: [Döneticileri 2-3 mm'den daha büyük olan tasarım kanalları, toz kaldırmasına izin vermek için. kanalların alt kısmındaki küçük açılışlar - o toz işleme sırasında akışlar gibi adımlar atabilir.Demek için, 2-3 kat daha fazla baskıyı azaltın.

Büyük Flat Yüzeyler

Büyük alanda (örneğin, baz plakalar veya flanges) ısıtılması hassastır. ilk birkaç katmanda ısınır, kenarlarda küçülme ve kıvrımlara yol açabilir. Bu, inşa platformundan bu yana çökmüş veya oturmaz stresleri ortaya çıkarabilir.

[FONT:0] Tasarım yönergeleri: [Dönemli düz yüzeylerden uzak durun; bunun yerine, onları kaburgalar, slotlar veya lattice kalıpları ile kırın.Eğer düz bir yüzey gerekliyse, yüksek çözünürlükte (45 derece) ısıyı azaltmak için dikey olarak veya yüksek çözünürlükte ısıtılabilir.

Overcoming Limitations için Stratejiler

Tasarım için sistematik bir yaklaşım uygulamak, yukarıdaki zorlukları azaltmaya yardımcı olabilir. Aşağıdaki stratejiler, manufacturability, maliyetleri azaltmak ve parça kalitesini artırmak için kanıtlanmıştır.

Destek Optimizasyonu için Tasarım

Destek yapıları birçok geometri için gereklidir, ancak malzeme ekliyorlar, zaman yazdırıyorlar ve işlem sonrası çabayı optimize edin: yerleştirmelerini ve hacmini kullanarak:

  • Örneğin, bölümü en aza indirmek için bölüme giriş yapın, böylece çoğu özellik kendi kendine destekleniyor.UseENFLT:0)build Orient analysis[DÜT:1), yüzey bitiş gereksinimleri ile dengelerin destek hacmini bulmak için.
  • [[Dönemli veya lattice destekleniyor[Dön blok desteği yerine) Bu azaltıcı malzeme tüketimi ve testerelerle veya pliers ile kaldırmak daha kolay.
  • Aklıtlama:0) Destek kaldırma özellikleri[Dönetici: 0,2) minimum güç altında bu kırılmayı en az güç altında destekler.
  • Stres ve destek süresiz element analizi (FEA) Netfabb veya Malzeme Büyüleri gibi araçlar, hangi desteğin kritik olduğunu ve alternatif geometrileri önerebileceğini tahmin edebilir.

Duvar Kalınlıklarını ve Özel Boyutlarını Takip Etmek

Minimum kalınlık yönergelerine başvurmak baskı hataları önlemek ve mekanik güç sağlamak. Özel öneriler:

  • Duvar kalınlığını yukarıdan aşağıya yerleştirin:0)0.5 mm[Dönetici paslanmaz çelik için ve yukarıda [[DüzD:2)1.0 mm[DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD) yük devreleri için [[Döncükler için.
  • Patronlar, kaburgalar veya fins gibi özellikler için, toz kaldırmaya ve stres konsantrasyonlarını azaltmaya yardımcı olmak için 1-3 derece taslak açılar ekleyin.
  • Kullanım:0) Maddenin ([Dönetici) altındaki kalınlık ([Dönetici)[Düzücüler veya stres alanlarının yakınında kalın bölümler, ağırlıkların kritik olduğu ince bölümler.
  • Özel makine toleransları için hizmet bürosuna göz atın, çünkü bunlar minimum özellik boyutları için (örneğin, E290 vs. 3D Systems ProX DMP 320) Referans için [[Ücretsiz Tasarım rehberi[FLT)[FLT3D Systems DMLS tasarım kılavuzu[FLT] için geçerlidir.

Accessability için İç Geometrileri Basitleştir

Posta işleme için ulaşmak zor olan iç özellikler basitleştirilmiş veya yeniden tasarlanmalıdır:

  • Kapalı boşlukları [[0) açık lattice yapıları[Döntilmiş ve temizlenebilir olan kaburgalar.
  • Tasarım kanalları ile tasarım:0)tamine veya konical profiller[Döneticiler[Döneticiler) toz akışını kolaylaştırmak için. Ortak bir kural 10'un altındaki bir kanal uzunluğu-diameter oranını korumaktır.
  • Eklenme:0) Delikler [Döneticiler[Döneticiler) geometride düşük noktalarda yer alan delikler (Cehenneler) daha sonra, set vidalar veya tanktan sonra kaynaklanmış olabilir.
  • Soğutma kanalları için, kullanım:0)konformal tasarımları bu bölüm yüzeyi takip eder, ancak kanal profilinin yuvarlak veya oval kendi destek için olmasını sağlar.

Kontrol Residual Stresler ve Distortion

Hızlı ısıtma ve soğutmadan gelen kazı, boyut değişikliği ve mikrokracking için önemli stresler: Onları yönetmek için:

  • Kullanım:0) Enstress-relief ısı tedavisi[Dönetici:0) baskıdan sonra (örneğin, paslanmaz çelik için 650°C) iç stresleri azaltır.
  • Tasarım parçaları:0) Cesetli kesitler[Dönemli termal yüklerden kaçınmak için. Symmetrical parçalar kalınlığındaki değişikliklerden daha az.
  • Inpropild:0)Performe veya balcomb'u [Uygunluk bakımı sırasında kütleyi azaltmak için, bu da kısmen genel stresi azaltır.
  • Termal gradientlerin daha üniforma olduğu inşa platformun merkezine yakın olan kısım. Köşe ve kenar pozisyonları daha fazla baskıcı olabilir.

Lattice Structures and Topology Optimizasyon

DMLS, hafif ve enerji absorpsiyonları için lattice yapıları üretmeye devam eder. Ancak, lattices geometrik kısıtlamalar: akut açılarla düğümler temiz bir şekilde yazdıramaz ve yatay strutlar destek gerektirir. Tasarım göz önünde bulundurun:

  • [FONT:0]Kendi kendine destek veren lattice topolojiler[Dönetici:0) veya octet trusses gibi vücut merkezli bir küp (BCC) gibi [DKD) olarak, bu desteklemektedir.
  • Güvenilir baskı için 0.4 mm'nin üzerindeki strut kalınlığını ayarlayın. İnceleştirici strutlar toz yeniden kapama sırasında kırılabilir.
  • Performing:0)topoloji optimizasyonu[[Dönetici:0) FEA'yı kullanarak en uygun malzeme dağıtımını belirlemek için kullanılır. Birçok CAD paketi (örneğin, Fusion 360, SolidWorks with add-ons) genellikle kendi destekleyici organik şekiller üretebilir.
  • DMLS sürecinin simülasyonu ile optimize edilmiş tasarımları uygulayın. ANSYS Katkı Suite veya Simcenter 3D gibi Yazılım, defleksiyonu tahmin edebilir ve tasarım değişikliklerini önerebilir.

Gelişmiş Tasarım Teknikleri ve Araçları

Temel geometrik ayarlamaların ötesinde, modern yazılım araçları ve tasarım metodolojileri DMLS'nin kalitesini ve verimliliğini dramatik bir şekilde artırabilir.

Katkı için Generative Design for Interpret Manufacturing

Generative tasarım algoritmaları performans kriterleriyle tanışmak için binlerce tasarım varyasyonunu araştırıyor (örneğin, otomatikleştirilmiş üsler ve süpürücük iletkenlik) Sonuç olarak, otomatik olarak üretilen organik şekiller genellikle DMLS'ye karşı uygundur, çünkü doğrudan STL dosyalarına ihracat yapan ve 3D baskı için bir ek olarak, bir ekinatif olarak tasarlanmış bir yapı olabilir.

Süreç Simülasyonu

DMLS baskı işlemine üretimden önce değinmek pahalı hataları engelleyebilir. Simülasyon araçları termal tarihi hesaplar, bozulmayı tahmin edin ve bir simülasyonun bir flange curling upward by 1 mm, model bu miktara göre önceden ayırt edilebilir.Bu yaklaşım özellikle de önemli ölçüde basit geometriler için simülasyon önerebilir.

Post-Processing Planlama

Tasarım kararları, destek kaldırma, ısı tedavisi, elektrik deşarjı (EDM) ve CNC bitirme gibi post-işlem adımları etkiler:

  • LeaveFLT:0)Kaptanlama ödenekleri[[Dönetici: 0,0)) Yüksek tolerans veya düşük kabalık gerektiren yüzeylerde. DMLS yüzeyleri genellikle 5-15 μm Ra'den aralığına ulaşabilir; taşlama veya işleme 1 μm veya daha iyi elde edebilir.
  • Eklenme:0) Hazırlanmış eklemeler veya kazınmış delikler) onları baskı yerine ayrı operasyonlar olarak.Balık iplikleri genellikle yüksek kabalık ve zayıf toleransa sahiptir.
  • [FONT=0)) ^ (HIP)[Döneticileri) (örneğin, havacılık bileşenleri) HIP, herhangi bir içsel porosity kapatmak için ısı ve baskı uygular.
  • Plan forFLT:0)EDM kesim[[Dönetici: Büyük destekten dolayı]: Kısm ve destek arasında ince bir boşluk (0.5 mm) tasarlayın.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

DMLS için tasarım, metal katkılarının faydalarını karşılayan sağlam bir anlayış gerektirir.Sürekli yüzeyler, ince duvarlar, desteklenmemiş özellikler, karmaşık iç kanallar ve büyük düz yüzeyler, mühendisler, tasarım aşamasındaki bu ilkeleri erkenden çıkarmak, destek optimizasyonu, duvar kalınlığı kontrolü, iç geometrisi, stres yönetimi ve lattice yapıların veya jeneratif tasarımların kullanımı, manufacturability hakkında daha iyi performanslar sağlar.Incorporating these concepts early in the design phase.