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基于SLM的金属3D打印轻量化结构设计介绍

更新时间: 2020-01-15 16:14:43  查看次数: 127    
基于SLM的金属3D打印轻量化结构设计应该满足以下要求:
  1. 结构优化:合理分配材料以形成优化的结构形状,尽量减少材料的使用,提高材料的利用率是轻量化结构设计的最基本耍求,既可以减少材料的使用降低成本,又可以实现结构减重达到轻量化的目的
  2. 组件优化:去除冗余结构,减少组件拼接,相较于传统制造工艺SLM技术可以很好的成形具有复杂内腔结构、一体化结构等,实现有效去除冗余结构减少零件数量
  3. 适合SLM成形:SLM技术理论上可以成形任意复杂形状结构,但也会受到加工工艺、几何特征和技术原理的约束,并非所有形状结构都适用SLM成形,例如封闭中空结构、悬空点阵结构等
  4. 满足需求:零件结构必须具有预定的是使用功能,达到预定的使用目的,在预定的工作期限内具有一定的可靠性
  5. 方便后处理:为保证成形零件的尺寸精度、形状、光滑度等满足使用要求,需要对已成形的毛坯件进行再加工,对需要进行后处理的结构应满足后处理工艺要求


基于SLM的3D打印轻量化结构设计还应考虑以下加工工艺、几何特征、技术原理等方面的约束限制:

  1. 尺寸:尺寸约束包括最大几何尺寸、最小几何尺寸、间隙尺寸和角度等。SLM技术成形的最大几何尺寸由成形缸尺寸范围决定,目前常见设备成形缸范围(长*宽*高)一般为250mm*250mm*300mm,最大设计几何尺寸应小于成形缸
  2. 精度:SLM成形精度一方面受到成形设备和材料限制,另一方面也受到模型数据影响。SLM成形技术是将三维模型数据切片分解为二维数据,再利用SLM成形设备将二维数据堆叠成三维实体模型的过程,所以SLM成形难免存在台阶效应,导致模型失真
  3. 支撑:SLM成形过程中支撑的作用包括两方面,一是承接下一层未成形粉末层,防止发生坍塌;二是成形过程中金属粉末受热熔化冷却后,内部产生收缩应为,添加支撑连接已成形部分和未成形部分,抑制变形产生。轻量化的结构设计目标是结构优化、质量减重,所以轻量化结构大都具有中空、多孔、薄壁、悬垂和复杂曲面等结构,在SLM技术成形这些结构时很多情况下都需要考虑支撑的添加和成形后支撑的去除
  4. 材料:成形材料的化学成分、含氧量、粉末形状、颗粒度、粘附性等性质会直接影响对其激光吸收能力,以及热传导、比热容、比重等性质,造成加工过程和加工质量的不同,从而制约成形精度、表面粗糙度、致密度、刚度、强度、稳定性等零件的使用性能



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