金属 3D 打印的 6 个重要设计注意事项

金属 3D 打印呈上升趋势，金属 AM 系统的销售额自 2017 年起爆炸式增长 80%。金属 3D 打印提供了前所未有的自由度 设计，让设计师和工程师有机会创造有机形状和轻质结构，否则传统制造方法是不可能做到的。

然而，要真正释放金属 3D 打印的全部潜力并保持竞争力，了解如何充分利用该技术提供的设计功能至关重要。由于无法再应用传统的设计规则，因此需要一种新的金属 3D 打印设计方法。

因此，我们将金属 3D 打印的主要设计考虑因素汇总在一起，以帮助您充分利用金属部件。

设计金属部件时需要考虑的 6 件事

1.壁厚

设计金属 3D 打印时要考虑的最重要的一点之一是壁厚。作为一般经验法则，建议设计壁厚至少为 0.4 毫米的墙壁。确保零件的壁厚不要太薄或太厚很重要，因为这会导致印刷精美或内部应力积聚，从而导致开裂。虽然可能有更精细的功能，但这在很大程度上取决于所选的金属材料以及打印机的参数。

在厚壁的情况下，您可能还想尝试使用格子或蜂窝结构，因为这可以为您节省大量材料并减少构建时间。

2.支持结构

支撑结构几乎总是金属 3D 打印的必需品。虽然设计具有最少必要支撑量的零件是理想的，但它们对于孔、角和悬垂等区域是必需的。支架还用于将金属部件固定在底板上以带走热量，这会导致残余应力。

零件内部区域的支撑（例如水平孔）的经验法则是设计成角度的支撑结构。通过应用这些结构，您可以最大限度地减少与支撑的接触面积，从而减少后处理。

除此之外，设计您的支架，使其在与零件接触时逐渐变细。这将使支撑移除和表面平滑变得更加容易。轻质管状支撑结构也需要更少的时间和精力来移除。

3.悬垂和自支撑角

有时，您可能需要设计带有悬垂的金属部件 - 打印件的突出部分。大悬垂（通常超过 1 毫米）将需要支撑结构以防止它们在打印过程中倒塌。无支撑的水平悬垂的最大长度为 0.5 毫米，保持悬垂低于此长度很重要。圆角和倒角可以设计成一个零件，以消除这些悬垂。

除了长度之外，悬垂的角度也很重要。低于 45 度的角度通常需要支撑结构。

4.零件方向

试验零件方向是最大限度减少所需支撑结构数量的最佳方法。例如，如果要制作具有空心管状特征的金属零件，水平方向会占用更多空间，而垂直方向或倾斜方向会节省空间并减少所需的支撑量。

选择零件方向时要考虑的另一个因素是朝下和朝上的表面将具有不同的表面粗糙度（所谓的下皮往往具有较差的表面光洁度）。如果您想以最佳精度生成详细特征，请确保将这些特征定位在零件的朝上表面上。

5.通道和孔

金属增材制造以其能够生产具有通道和孔的零件的能力而著称，这是传统制造手段无法实现的。在您的设计中考虑这些特征时，请考虑大多数粉末床工艺的最小直径为 0.4 毫米。直径大于 10 毫米的孔和管将需要支撑结构。

此外，完美的圆形水平孔仍然是 3D 打印的挑战。考虑将此类形状重新设计为自支撑的泪珠形或菱形。

由于空心金属部件需要逃生孔来清除未熔化的粉末，因此请确保将这些因素纳入您的设计中，建议直径为 2-5 毫米。

6.拓扑优化和衍生式设计

使用增材制造生产复杂几何形状的能力使其成为拓扑优化和衍生式设计的理想选择。拓扑优化旨在使用数学计算优化零件的几何形状和材料分布。另一方面，衍生式设计的灵感来自大自然的设计模式，并允许工程师探索解决方案的所有可能元素。通过使用这些工具，设计师和工程师可以增强 3D 打印提供的全方位设计自由度，以创建功能优化、坚固且轻便的金属零件。

转变设计范式以充分利用金属 AM

金属 3D 打印设计绝非易事，因为它需要了解金属 AM 技术和材料的可能性和局限性，以及一种新的设计方法。但是，从设计过程的一开始就探索和整合设计指南，将使公司能够最大限度地成功生产最终金属零件，同时将成本和材料浪费降至最低。

有关金属 3D 打印的更多信息，请查看我们的综合信息 金属 3D 打印指南 以及我们对 DMLS 的介绍。