设计指南:基于选择性激光烧结3D打印技术的应用和设计技巧-金属3D打印工厂

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设计指南:基于选择性激光烧结3D打印技术的应用和设计技巧

选择性激光烧结 (SLS) 增材制造技术可实现卓越的品质和生产力,同时为注塑成型无法实现的高性能设计打开了大门。该技术还省去了注塑成型模具的漫长交付时间和前期投资。

该技术是日益增长的大规模定制制造以及功能性原型制造趋势的核心所在。SLS部件可以在设计时考虑到部件整合,从而无需传统制造中常见的装配流程。工程师们可以设计其他技术均无法实现的生产用几何形状,从而节省了时间和费用。本篇内容主要对基于SLS技术制造的零件提供设计帮助,如活动铰链、桁架、晶格、复杂管道及其他部件。

设计指南:基于选择性激光烧结3D打印技术的应用和设计技巧

1. 活动铰链

活动铰链对于SLS技术而言较为新颖,这里要问的问题是,为什么要在能够设计和构建集成铰链的情况下来制造活动铰链?常规活动铰链的设计和优化均针对热塑塑料注塑成型材料和工艺。

设计指南:基于选择性激光烧结3D打印技术的应用和设计技巧

对于SLS技术,应尽量避开活动铰链,因为SLS尼龙不具有注塑成型热塑塑料所具有的挠曲特性。由于工艺的分辨率,3D打印铰链必须比设计用于模塑的铰链更厚,尼龙在循环变形条件下具有更优的性能。在具有一次性折叠使用情况时,活动铰链非常有用,并且能够将组件连接在一起。

对于构建方向,尽量避免在铰链的拉伸表面形成阶梯。此外,可以考虑在打印完成之后对零件进行增韧后处理。

2. 桁架

SLS技术极其适用于制造许多复杂的小型塑料部件,如电气接头和夹片。可以考虑在CAD设计时,使用一个由桁架构成的方形盒子包裹住小部件,防止所打印的小零件在后处理期间丢失。

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桁架的方形条可以设置为1mm,搭配5mm以上的开口,在喷砂时就可以对内部的小零件起到作用。如何还需要额外后处理,如对医疗器件进行灭菌,仍然可以借助这个方形桁架盒转移零件,以进行后续的后处理步骤。

同时,还需要考虑零件的取出问题,因此可以在方形盒上设计一个或多个铰链门,其设计可以采用卡扣方式,也可以采用插孔连接。

3. 卡扣结构

采用SLS制作卡扣已经是非常成功的商业案例,与注塑成型相比,SLS构建方式减少了设计局限,成功制造了结构更为复杂的夹紧、卡扣、固定和脱口释放系统。

在此示例中,“挤压脱扣”按钮机构使两个抓臂围绕一个扭力梁支点旋转。在设计时,需大量使用圆角来防止断裂,以在接收侧的预先闭合位置使用圆角可以抵消循环蠕变的影响。

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与所有经历循环变形的结构一样,需要考虑塑料在进入最终稳定位置之前会经历的初始蠕变,这一点对于开展适用于采用SLS构建的设计至关重要。与活动铰链和弹簧片一样,可以考虑浸入沸水中10分钟来提高塑料的韧性。

4. 晶格结构

晶格结构和其他设计为多孔的材料在多个领域有重要用途。从机械工程的角度来说,多孔材料具有高强度但质量却相对较低。

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这些材料具有良好能量吸收、隔热和隔音特性。人工构建晶格结构过程非常繁琐,因此设计师可能希望创建一个程序来自动执行某些步骤,或者使用实现构建过程自动化的专用软件包。

SLS工艺能够制造直径小至接近0.5mm的晶格柱。

5. 其他结构

该指南还针对基于SLS工艺的挡板、轴承、凸台、按钮、螺旋弹簧、复杂管道、子母合页、集成交联、箱罐进行了设计指导,由于篇幅有限,可扫描下方二维码或点击阅读原文下载中文版;英文版已上传QQ群

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打印的部件适合用作高强度、经久耐用的功能性原型、中等批量生产的直接制造最终用途部件、需要经过美国药典(USP)第六类认证并消毒的医疗部件、复杂的薄壁管道、卡扣连接、活动铰链和大型航天和汽车覆盖件、面板、护栅和保险杠。

这些新的设计和制造选择为以下领域打开了大门:经改进的产品、新设计、新商业模式以及新市场。

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