Formlabs：如何做面向SLA和SLS工藝的增材制造設(shè)計(jì)

2023年2月15日，F(xiàn)ormlabs舉辦了一場(chǎng)題為“面向增材制造設(shè)計(jì)方案”的線上研討會(huì)，F(xiàn)ormlabs大中華區(qū)應(yīng)用工程師Tim 從以下7個(gè)方面介紹了如何運(yùn)用面向增材制造的設(shè)計(jì)來優(yōu)化3D打印。

什么是面向增材制造設(shè)計(jì)？

面向增材制造設(shè)計(jì)（Design for Additive Manfacturing，簡(jiǎn)寫DfAM）是指設(shè)計(jì)師試圖利用增材制造（AM）獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)來創(chuàng)建產(chǎn)品的過程。DfAM應(yīng)該遵循將用于生產(chǎn)產(chǎn)品的AM技術(shù)的特定工藝約束。

增材制造的優(yōu)勢(shì)

增材技術(shù)有眾多的優(yōu)勢(shì)，比如：可以制造復(fù)雜度高的零件、即時(shí)裝配、零件合并、大規(guī)模定制、設(shè)計(jì)自由度、輕量化、按需制造。

然而要充分發(fā)揮增材制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，還需要在設(shè)計(jì)階段就能夠面向增材制造而設(shè)計(jì)。通過一些微小的零件形狀更改讓零件的設(shè)計(jì)更適應(yīng)增材制造工藝；通盤考慮整個(gè)產(chǎn)品的功能和裝配方式，以及零件幾何形狀的更改讓增材制造工藝為產(chǎn)品增值。

Tim介紹了GE公司此前發(fā)布的一個(gè)著名的增材制造和DfAM案例，由于考慮直接使用增材制造技術(shù)來生產(chǎn)這個(gè)部件，GE對(duì)部件進(jìn)行了重新的設(shè)計(jì)，將300個(gè)零件融合為一個(gè)部件，可以直接用增材制造技術(shù)打印出來。

在Formlabs的客戶中，同樣是通過面向增材制造的設(shè)計(jì)來制造了一款吸盤，助力碳纖維產(chǎn)品公司實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的生產(chǎn)方案。

如何運(yùn)用面向增材制造設(shè)計(jì)？

首先需要根據(jù)應(yīng)用的定位，決定是否需要面向增材制造設(shè)計(jì)或者需要應(yīng)用多少。然后根據(jù)具體的增材制造工藝，采取不一樣的設(shè)計(jì)規(guī)則。

3D打印在整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)的生命周期都有應(yīng)用，但對(duì)于制造快速原型，DfAM的應(yīng)用空間較小，主要目的是為了提高打印的成功率。而對(duì)于夾具、模具、小批量制造成品，DfAM則具有較大的應(yīng)用空間，其目的是為了增材制造的效率更高，并利用增材制造的優(yōu)勢(shì)增加產(chǎn)品新的價(jià)值。

Formlabs目前主要擁有SLA和SLS兩大技術(shù)，在設(shè)計(jì)之前需要先了解這兩種技術(shù)工藝的特點(diǎn)。

首先是倒置式的SLA 3D打印工藝，其打印時(shí)零件倒掛在打印平臺(tái)下方，打印出的零件具有支撐結(jié)構(gòu)，需要從平臺(tái)上移除部件并拆除支撐，最后進(jìn)行二次固化。

在這種的工藝特點(diǎn)下，使用SLA 3D打印一般需要遵循以下設(shè)計(jì)規(guī)則：

1. 避免實(shí)心塊狀結(jié)構(gòu)；
2. 添加倒角/圓角；
3. 避免杯狀結(jié)構(gòu)；
4. 添加加強(qiáng)筋/翼片。

對(duì)于選擇性激光燒結(jié)（SLS）工藝，可利用高功率激光將尼龍粉末精確熔合成輕質(zhì)、堅(jiān)固的部件，這種工藝的物理約束主要來自熱脹冷縮。

因此SLS 3D打印一般設(shè)計(jì)規(guī)則包括：

1. 避免實(shí)心塊狀結(jié)構(gòu)；
2. 設(shè)計(jì)均勻厚度；
3. 晶格結(jié)構(gòu)；
4. 添加倒角/圓角；
5. 即時(shí)裝配；
6. 零件合并。

最后，Tim還介紹了DfAM中流行的拓?fù)鋬?yōu)化、創(chuàng)成式設(shè)計(jì)、晶格結(jié)構(gòu)等技術(shù)，并展示了相應(yīng)的設(shè)計(jì)案例。

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