合金3D列印-involves锻造结构设计手册（下）

粉末状床熔化合金3D列印控制技术为构筑具备民主自由花纹和繁杂特点的配件提供更多了很大的分量，可间接依照CAD统计数据锻造半成品，无须采用生产成本昂贵的研磨辅助工具。若以现代形式来锻造那些结构设计繁杂的配件，则变得十分毫无意义，即使显然不可能将顺利完成。involves锻造控制技术锻造的配件常常轻巧、更高效率且能更快地充分发挥组织工作操控性。

不过，这并并非说此种稳定操控性让他们自如地结构设计任何人想的花纹，最少在生产成本的束缚下，他们也不可能将努力做到这一点儿。

在这点，合金3D列印研究者爱尔兰雷尼绍归纳了一连串的involves锻造结构设计手册，在此，3D自然科学谷分成三期与真田广之撷取，责任编辑为下半部份。

因素3：支撑

正如他们之前讨论的，依赖支撑来克服摆放方向问题并非一种好的工程结构设计实践。虽然他们可能将会容忍在锻造原型配件时付出额外的研磨时间和后期处理生产成本，但是此类浪费在批量生产involves锻造配件时则是难以接受的。过度依赖支撑表明这个配件的几何花纹“不够稳固”，这对半成品率有潜在影响。

--支撑目的

尽管他们可以通过结构设计来尽可能将减少支撑，但有时也不可能将将其完全消除。支撑有三大主要功能：

来源：雷尼绍

残留应力— 他们应通过结构设计来减小研磨过程中的残留应力，避免尖锐边缘，并避免大面积研磨区域间接附着在研磨托盘上。如果这点无法实现，那么可以应用支撑来抵消配件中的应力，防止材料从研磨托盘上脱落。这一方法不推荐用于批量生产研磨件。

散热通道— 未熔粉末状是一种绝热体。支撑会从下表层区域转移走一些热量，这有助于避免粉末状燃烧、过度熔化、变形和变色；对于正对刮刀方向的下表层，其效果尤为显著。通过旋转配件改变其与刮刀的相对朝向，也可减少上述不利影响。

--主要支撑和辅助支撑

主要支撑指的是那些在CAD环境中随组件一起开发的支撑，它是一次性结构，当研磨顺利完成时将被移除。辅助支撑是那些在研磨文件处理软件中生成的支撑。

来源：雷尼绍

主要支撑的特点是坚固，可控性更快。可以将它们导入到研磨文件处理软件中（以STL形式），或与配件的主体一起结构设计。还可以采用完整的修订控制功能将它们以参数的形式导出。也可以执行有限元应力分析。此外，他们可以结构设计和模拟主要支撑，让其以可控形式传递热量。

来源：雷尼绍

混合支撑结构设计充分利用CAD结构设计和研磨文件处理软件的优势来实现最佳方案。

--圆角和倒角

虽然0.3 – 1 mm的水平悬伸结构可采用自身支撑，但是不建议这样做。而超过1 mm的悬伸结构则必须要重新结构设计或为其添加支撑。可在组件中添加圆角和倒角以消除悬伸结构（如图中所示）。

来源：雷尼绍

--关于移除支撑的挑战

孔洞和管道内的支撑很难移除，并且可能将需要后续研磨。同样，支撑太小也会给移除带来难度。如果配件的几何花纹比支撑更加脆弱，则在后期处理过程中配件损坏的风险较高。

--水平细节 — 添加支撑或重新结构设计

配件侧面露出的横向孔可能将也需要支撑。在大多数激光粉末状床机器上可研磨出的孔的最小尺寸为0.4 mm。

直径大于10 mm的孔洞和管道将需要在其中心添加支撑，此时应考虑重新结构设计。直径介于这两个尺寸之间的孔洞可在不添加支撑的情况下研磨，但它们的下表层表面可能将会出现一些变形，这是因为悬伸部份上方的熔池冷却速度减慢所致。

在其他情况下，如果要求必须有高精度的圆孔，则需要进行后期研磨。菱形孔可用作铣削研磨的对称导孔，这点比泪滴形孔更快。在许多情况下，不在involves锻造阶段研磨那些孔，而是在后期处理阶段在实心结构上钻孔，这可能将是最合理的形式。

—“ 有关支撑的建议”—

- 将10 mm以上的孔改造成自身支撑的菱形孔

- 采用倒角半径以避免较高支撑

- 移除相对研磨托盘的悬伸角度小于45°的区域

- 旋转下表层使其远离刮刀方向

- 在involves锻造研磨顺利完成后再研磨小型特点

- 间接紧贴研磨托盘顺利完成配件研磨，同时留有额外的研磨余量

- 移除水平下表层区域

因素4：优化

拓扑优化和衍生结构设计越来越多地用于结构设计具备更高效率率的配件。网状结构也具备减轻重量的优势。involves锻造控制技术生产繁杂花纹配件的能力使之成为实现此类结构设计的最佳形式。

那些优化技巧的主要目的是，在移除多余材料的同时保持结构的强度和刚性。经过优化的配件通常呈现出更为繁杂、有机的外观。需要注意的是，功能经过优化的配件可能将未必适合采用involves锻造形式研磨 — 尤其就研磨配件摆放方向而言。

沿垂直方向重新摆放配件后，需要添加支撑的区域将变少。圆孔等细节将需要添加支撑或重新结构设计。还需要注意的是优化的支撑杆与圆角半径的交汇角。

来源：雷尼绍

在结构设计阶段重新评估配件时已将摆放方向考虑在内，因此，很显然该配件在进行involves锻造研磨时只有一个摆放方向。现在要针对后期研磨重新结构设计横向孔等细节：

来源：雷尼绍

—“ 优化结构设计建议”—

- 应用最小壁厚准则

- 确定用于研磨的临界表面

- 考虑支撑定位和移除或重新结构设计以便无须添加支撑

- 结构设计时考虑配件摆放方向并相应修改细节

- 确定是否可达到要求的表面光洁度

结构设计师可能将需要结合各种优化技巧 — 拓扑优化、空心配件、网状结构（如适用）— 以实现高效率的结构设计。配件摆放方向应该是继适用性、花纹及功能之后的又一个关键的结构设计驱动因素。

End：归纳

involves锻造控制技术为生产高效率、高操控性的配件提供更多了很大的结构设计民主自由。但是要想以最低的生产成本和最少的浪费来批量生产配件，则必须充分考虑involves锻造的工艺特性。

(责任编辑：admin)