3D打印如何節(jié)省材料?

眾所周知，3D打印技術能夠支持塑料、樹脂、陶瓷、金屬等種類豐富的耗材進行打印，因此其被廣泛的應用到航空航天、醫(yī)療、工業(yè)設計等眾多領域當中。然而，在縮短研發(fā)周期，減少裝配、降低模具成本的同時，企業(yè)卻更關注3D打印技術對制造成本的影響。為此，我們?yōu)榇蠹铱偨Y了六個3D打印的設計要素，從而剖析如何能夠減少3D打印帶來的額外制造成本，以及如何在降低企業(yè)制造成本，提高綜合效益方面凸顯其優(yōu)勢?！　?/p>

　　3D打印費料?掌握這六個設計要素降成本提效益

　　實際上，早前美國普渡大學的研究員就曾提出過兩種可以顯著減少3D打印時間與材料的方法：一種叫做新PackMerger算法，即將一個對象分成幾段打印，再粘結在一起。例如下面圖中這只兔子，被自動分成多個組件并打印出來，所需時間從原來的13.5個小時，縮短至9.5個小時，材料用量也從351克降至229克，用算法優(yōu)化用時1分鐘，組裝用時15分鐘。該算法的核心就是，將盡可能多的元素裝進盡可能小得空間里(就像俄羅斯方塊游戲)?！　?/p>

　　此外，還有一種方法，是通過其他算法生成較小的支撐結構，這樣可以平均減少30%的打印時間和40%的3D打印材料(如下圖所示)。打印前，用該算法確定3D模型應如何在打印機托盤上放置，使伸出的部分需要的支撐最小化，計算機會自動將3D模型向各個方向旋轉，以發(fā)現(xiàn)需要最小支撐結構的3D模型擺放方式?！　?/p>

　　如果你覺得上面那些內容理解起來比較高深，甚至有些失去耐性，不要緊我們不妨先從下面這六點做起：

　　優(yōu)化設計。精心設計的3D打印零件遵循的許多原則與注塑成型相似，比如說：在相鄰表面之間使用漸變過渡;避免橫截面積和零件體積之間的差異巨大的情況;避免出現(xiàn)在成品工件上產生殘留應力的尖角;無支撐的薄壁結構不能過高，否則會出現(xiàn)翹曲。

放棄傳統(tǒng)。請注意，典型的3D打印部件通常具有仿生設計，例如蜂窩結構或復雜的網格結構，因此在設計時不要害怕使用它們，只要它們創(chuàng)建更輕的、更堅固的部件。沒有必要避免在設計中使用孔狀結構，因為通過傳統(tǒng)制造裝置在不可見部分中鉆孔部件增加了材料的浪費，導致成本增加。

需要說明的是，在制造添加劑材料，特別是激光熔融金屬3D技術制作圓孔時，有必要考慮是否增加孔的支撐結構和下表面的變形。在某些情況下，使用淚珠或六邊形孔結構代替圓孔可能被認為是更好的設計。

考慮零件批量生產時的制造方法。我們說3D打印技術可以實現(xiàn)自由建模，這為零件設計帶來了很多空間，例如制造具有許多孔的零件。實際上，許多公司已經意識到3D打印技術可以用于小批量生產零件，但是當需要大規(guī)模生產時，仍然需要考慮轉換到傳統(tǒng)工藝，例如加工、鑄件。因此，在這種情況下，設計人員需要考慮制造過程以及設計是否可以在設計開始時成功實施。

打印后減少二次操作。一些3D打印過程需要向打印物體添加支撐結構以防止其卷曲或翹曲。例如，在樹脂3D打印中，需要向打印對象添加支撐結構。通過印刷形成的金屬支撐結構需要在完成印刷之后通過機械加工去除，并且通過手持式砂光機等去除塑料支撐結構。無論哪種方式，它都會增加成本并延長制造周期。因此，在設計之初，有必要考慮通過改變部件的設計或放置來為部件添加支撐結構。

觀察公差。當3D打印金屬時，為了滿足金屬零件的公差要求，有必要采用二次加工等加工，但過大的公差要求會影響3D打印零件的設計和制造，如過度追求精度提高印刷層數，這增加了印刷時間和印刷成本。因此，我們應該采用適當的設計策略，有時減少后期印刷過程的使用。

專注于大局。盡管3D打印的材料成本和設備成本高于傳統(tǒng)制造工藝，但不要氣餒。特別是在設計3D打印部件時，我們應該更加注重3D打印技術在實現(xiàn)復雜輕質結構和功能集成部件方面的優(yōu)勢，并在組件設計優(yōu)化中盡可能地激發(fā)3D打印。影響。僅關注3D打印對制造成本的影響，同時忽略了重塑產品設計和功能以及重塑供應鏈的潛力，公司將錯失通過3D打印創(chuàng)造更全面優(yōu)勢的機會。