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3d打印機(jī)因?yàn)榭梢灾С侄喾N耗材進(jìn)行打印的特性被廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療、工業(yè)設(shè)計(jì)等諸多領(lǐng)域。然而，在縮短研發(fā)周期、降低組裝成本的同時(shí)，企業(yè)更注重3D打印機(jī)對(duì)制造成本的影響。因此，我們?yōu)榇蠹铱偨Y(jié)了3D打印的幾個(gè)設(shè)計(jì)要素，然后分析了如何降低3D打印機(jī)帶來(lái)的額外制造成本，以及如何突出其在降低制造成本和提高綜合效益方面的優(yōu)勢(shì)。
1、優(yōu)化設(shè)計(jì)。
設(shè)計(jì)良好的3D打印件遵循許多類似于注塑成型的原理，如：利用相鄰表面之間的漸變過(guò)渡；避免橫截面積和零件體積的巨大差異；避免在成品工件上產(chǎn)生殘余應(yīng)力的尖角；無(wú)支撐的薄壁結(jié)構(gòu)不宜過(guò)高，否則會(huì)發(fā)生翹曲。
2、考慮批量生產(chǎn)中零件的制造模式。
我們說(shuō)3D打印機(jī)可以實(shí)現(xiàn)自由建模，給零件設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的發(fā)揮空間，比如制造很多孔結(jié)構(gòu)的零件。其實(shí)很多企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到3D打印機(jī)可以勝任零件的小批量生產(chǎn)，但是當(dāng)需要大批量生產(chǎn)時(shí)，還是要考慮機(jī)械加工等傳統(tǒng)工藝。所以在這種情況下，設(shè)計(jì)師需要在設(shè)計(jì)之初就綜合考慮，以后零件量產(chǎn)時(shí)會(huì)采用什么制造工藝，設(shè)計(jì)方案能否成功實(shí)現(xiàn)。
3、打印后減少二次操作。
一些3D打印過(guò)程需要添加支撐結(jié)構(gòu)來(lái)打印對(duì)象，以防止它們卷曲或翹曲。打印形成的金屬支撐結(jié)構(gòu)需要在打印后通過(guò)機(jī)械加工去除，而塑料支撐結(jié)構(gòu)需要通過(guò)手持砂光機(jī)去除。然而，無(wú)論哪種方式，都會(huì)增加成本，延長(zhǎng)制造周期。因此，在設(shè)計(jì)之初，我們應(yīng)該考慮改變?cè)O(shè)計(jì)或零件的放置，以避免在零件上增加支撐結(jié)構(gòu)。
4、觀察公差。
3D打印金屬時(shí)，為了滿足金屬零件的公差要求，有時(shí)需要使用二次加工。但是過(guò)分追求公差要求會(huì)對(duì)3D打印件的設(shè)計(jì)制造產(chǎn)生影響，比如過(guò)分追求精度，增加打印層數(shù)，從而增加打印時(shí)間和打印成本。
5、著眼大局。
雖然3D打印的材料成本和設(shè)備成本都比傳統(tǒng)制造工藝高，但不要?dú)怵H。特別是在設(shè)計(jì)3D打印零件時(shí)，要密切關(guān)注3D打印機(jī)在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜輕量化結(jié)構(gòu)和功能集成化零件方面的優(yōu)勢(shì)，盡可能激發(fā)3D打印機(jī)在零件設(shè)計(jì)優(yōu)化中的作用。如果只關(guān)注3D打印技術(shù)對(duì)制造成本的影響，而忽視其在重塑產(chǎn)品設(shè)計(jì)和功能、重塑供應(yīng)鏈方面的潛力，企業(yè)就會(huì)錯(cuò)失利用3D打印創(chuàng)造更多綜合效益的機(jī)會(huì)。
6、拋棄傳統(tǒng)。
要知道典型的3D打印零件往往都有仿生設(shè)計(jì)，比如蜂巢結(jié)構(gòu)或者復(fù)雜的格子結(jié)構(gòu)。不要害怕在設(shè)計(jì)中使用這種結(jié)構(gòu)，只要他們能創(chuàng)造出更輕的、和更強(qiáng)的零件。設(shè)計(jì)中不需要避免使用孔狀結(jié)構(gòu)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)制造方法在零件上鉆孔無(wú)形中增加了材料的浪費(fèi)，導(dǎo)致成本增加。需要注意的是，在增材制造時(shí)，尤其是利用激光熔化金屬3D技術(shù)制作圓孔時(shí)，需要綜合考慮是否要添加孔的支撐結(jié)構(gòu)以及下表面可能發(fā)生的變形。
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