如何在實現零件設計優化的同時,合理控制 3D 列印成本?

2019-12-24
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粉末床選區鐳射熔化(SLM)3D 列印技術為構建具有自由形狀和複雜特徵的零件提供了極大的自由度,但面對這種與傳統技術截然不同的增材製造方式,如何既滿足使用者對零件設計優化與機械性能的要求,又能夠合理控制增材製造成本,是開展面向增材製造的設計時所需要考慮的因素,也是一個需要在應用實踐中探索與積累的過程。


■ 模擬驅動的設計方法
工程服務企業埃特博朗( Etteplan )為客戶重新設計了一種除塵通道零件,該零件的原始零件是用傳統方式製造的,存在的問題是成本高,並且因體積偏大而給設備裝配帶來困難。因此,客戶希望對現有的除塵通道進行設計優化。經過評估,埃特博朗採用金屬3D 列印技術對此部件進行再製造,增材製造工藝釋放了除塵通道的設計空間,優化後的部件比原始方案重量輕、成本低,並且氣流特性得到改善。埃特博朗為除塵通道項目組建了團隊,成員包括增材製造設計、增材製造生產和列印過程模擬方面的專家。在整個設計過程中,使用了增材製造生產成本估算工具和增材製造過程模擬軟體。


除塵通道零件增材製造設計反覆運算 (左-右)。來源:Etteplan
 
除塵通道零件的第一代增材製造設計去除了多餘的材料,並獲得平滑的內部空氣通道。在這一點上,設計團隊使用了過程模擬軟體進行除塵通道零件擺放方向優化,從而分析出擺放方向對構建時間、支撐量以及所需的後處理工作量和預測的變形/變形水準的影響。
設計團隊確定了兩種比較優選的擺放方式。雖然按照這些擺放方式,單獨計算一個元件的列印時間長,但能夠充分利用列印構建板的空間,這意味著能夠在列印構建板中擺放的組件數量達到最多,即能夠在一次列印中同時製造的元件數量最多,從而使得每個元件的列印時間少於其他擺放方案。



兩種優選的零件擺放方向(上圖)。設計團隊對零件的200多種擺放方式進行了對比,下圖中的綠色區域表示最短的構建時間、最低的支撐量、最少的後處理和最小的變形,紅色區域表示相反的。來源:Etteplan
 
優化除塵通道設計,最大化單次列印中可列印的零件數量等設計優化工作,使得單件 3D 列印除塵通道零件的成本比傳統零件製造成本低 40%。同時,由於通過增材製造技術建立了更為靈活的供應鏈,客戶能夠實現除塵通道的小批量按需生產。以上部分展示了面向增材製造的零件設計反覆運算過程,設計團隊最終找到了實現更低製造成本的設計方案。但是實現更低的製造成本、更靈活的供應鏈,僅是除塵管道零件 3D 列印應用的部分價值,根據 3D 科學谷的瞭解,3D 列印及面向增材製造的設計還帶來了附加價值,包括:重量減輕50%以上;顯著提升的氣流特性;比原始零件更易於組裝的連接設計。


除塵通道的首個原型。來源:Etteplan


更多消息 : http://www.3dsciencevalley.com/?p=17895

 
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