DFM-анализ на основе правил для прямого лазерного спекания металлов
DFM-анализ на основе правил для прямого лазерного спекания металлов . Прямое лазерное спекание металлов (DMLS) — это один из типов процесса аддитивного производства , который позволяет послойно печатать металлические детали сложной геометрии непосредственно из 3D CAD данных . Он использует высокоэнергетический лазер для спекания порошкового металла под управлением компьютера, связывая материал вместе, создавая твердую структуру. DMLS представляет собой процесс создания чистой формы, который позволяет создавать очень сложные детали по индивидуальному заказу без дополнительных затрат, связанных с этой сложностью.
DMLS используется для изготовления сложных металлических деталей, которые трудно сделать с использованием традиционных производственных процессов, что дает дизайнеру огромную свободу при проектировании компонента. Однако существуют определенные соображения, связанные с проектированием для технологичности (DFM), которые следует учитывать при проектировании деталей для печати. DFM предоставляет команде разработчиков рекомендации по созданию структуры продукта, более соответствующей данному производственному процессу . Это устраняет стену между этапами проектирования и производства продукта, тем самым позволяя дизайнерам воспользоваться всеми неизбежными затратами и другими преимуществами, доступными в производственном процессе. Раннее рассмотрение принципов и рекомендаций DFM может привести к значительному сокращению затрат и времени на окончательную разработку продукта. Некоторые из общих рекомендаций для DMLS :
Размер
[ редактировать ]Размер детали, которую можно распечатать, зависит от используемого принтера. С помощью современной технологии можно достичь максимального размера конструкции 228 X 228 X 304 мм. [1] Следовательно, размер печатаемой детали должен находиться в пределах требуемых размеров. DMLS имеет минимальную ширину спекания (зависит от диаметра лазера) от 0,6 мм до 0,9 мм. Это определяет минимальный размер внешних элементов детали, поэтому следует избегать проектирования с внешними элементами меньшего размера. [2]
Точность
[ редактировать ]Точность и шероховатость поверхности детали зависят от размера зерен порошка от 50 до 100 мкм. Толщина слоя от 0,02 мм до 0,05 мм определяет разрешение в вертикальном направлении. Поэтому участки деталей, требующие высокой точности, следует проектировать с плановым припуском от 0,1 мм до 0,5 мм, а вторичной чистовой и/или механической обработки для достижения требуемой точности. затем использовать операции [2]
свесы
[ редактировать ]В DMLS слой порошка поддерживает детали и удерживает их на месте. Однако опорные конструкции явно необходимы для большинства обращенных вниз поверхностей, которые составляют угол менее 45 градусов с слоем порошка. Это связано с тем, что одного слоя порошка недостаточно для удержания жидкой фазы металла, которая образуется при лазерном сканировании порошка. Также необходимы опорные конструкции для ограничения скручивания/деформирования расплавленного порошка из-за высоких температурных градиентов. На стадии проектирования по возможности следует избегать свесов с углами менее 45 градусов. Основным преимуществом этого является снижение расхода материала и необходимость последующей обработки при удалении опорных конструкций из спроектированных компонентов. [3]
Высота
[ редактировать ]Общее количество слоев, необходимых для построения всей детали, прямо пропорционально высоте детали, измеренной в направлении сборки. Каждый слой печатаемой детали требует плотно уплотненного тонкого слоя порошкового материала с помощью валика, трассировки лазером в соответствии с 3D-данными, подаваемыми на машину, в горизонтальной плоскости и постепенного опускания слоя порошка для укладки последующего слоя. Эти процессы требуют значительного количества времени, поэтому перепроектирование продукта для уменьшения высоты может значительно сэкономить время производства. [4] Ориентация сборки должна быть такой, чтобы высота детали была наименьшей в направлении сборки.
Анизотропия
[ редактировать ]Основное направление теплового потока, генерируемого лазером вверху , проходит вдоль направления сборки, поскольку слой порошка, лежащий внизу, является основным теплоотводом. Послойное добавление материала и направленный тепловой поток в DMLS приводят к росту микроструктурных зерен вдоль направления сборки, что приводит к анизотропным свойствам . [5] Структура, напечатанная с помощью DMLS, имеет более слабые свойства в направлении построения. Эту анизотропию можно устранить с помощью методов термообработки , но это очень энергоемкие и дорогостоящие процессы. целесообразно учитывать Следовательно, анизотропию в самом начале проектирования таких деталей конструкции, а направление наибольшего напряжения в конструкции должно лежать в горизонтальной плоскости.
Сложность
[ редактировать ]Будучи технологией аддитивного производства , DMLS не требует дополнительных затрат из-за сложности детали. Объем сборки, а также количество слоев определяют стоимость и время производства. DMLS устраняет необходимость в производстве инструментов, однако такие технологии невосприимчивы к эффекту масштаба . Поэтому рекомендуется проектировать детали с наименьшим количеством лишних объемов, строя только соответствующую геометрию. [6] Кроме того, детали должны быть спроектированы таким образом, чтобы избежать требований к сборке , поскольку теперь возможна печать узлов сложной геометрии. [7]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хартли, Джон. «Прямое лазерное спекание металла | DMLS | Лазерные репродукции» . www.laserrepro.com . Архивировано из оригинала 10 сентября 2015 г. Проверено 14 сентября 2015 г.
- ^ Jump up to: а б Роберт,. « Правила проектирования DMLS ». www.3dimpuls.com/sites/default/files/download/dmls_design-rules_en.pdf . Проверено 14 сентября 2015 г.
- ^ Брэкетт, Д., И. Эшкрофт и Р. Хейг. « Оптимизация топологии аддитивного производства ». Материалы симпозиума по изготовлению твердых тел произвольной формы, Остин, Техас . 2011.
- ^ Баумерс, М. и др. « Совокупное время изготовления, энергопотребление и оценка стоимости прямого лазерного спекания металлов ». Из материалов двадцать третьего ежегодного международного симпозиума по изготовлению твердых изделий произвольной формы — конференции по аддитивному производству . Том. 13. 2012.
- ^ «Металлические материалы EOS для аддитивного производства» . www.eos.info . Проверено 14 сентября 2015 г.
- ^ «Рекомендации по проектированию: прямое лазерное спекание металлов (DMLS)» . Проверено 14 сентября 2015 г.
- ^ «Подвижные компоненты, сборка не требуется: современный механический цех» . www.mmsonline.com . Проверено 14 сентября 2015 г.