3D打印的最佳使用案例并不總是顯而易見的。在設(shè)計(jì)用于3D打印制造的對(duì)象時(shí)，必須牢記工藝的限制和好處。這些技巧將幫助任何設(shè)計(jì)師充分利用3D打印服務(wù)。

一、不使用現(xiàn)有設(shè)計(jì)

每個(gè)零件的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到預(yù)期的制造工藝。許多設(shè)計(jì)師和工程師驚訝地發(fā)現(xiàn)，即使是在小批量或一次性的情況下，使用3D打印生產(chǎn)現(xiàn)有零件設(shè)計(jì)時(shí)并不總是那么便宜。

例如，考慮為CNC加工設(shè)計(jì)的現(xiàn)有零件。該零件需要生產(chǎn)100件，所需材料為SS 304L，可通過(guò)DMLS和SLM進(jìn)行3D打印。當(dāng)用數(shù)控加工生產(chǎn)該零件時(shí)，生產(chǎn)成本為每件35美元。但如果將制造工藝改為3D打印，成本將增加到每單位70美元以上。

這是因?yàn)橐?guī)模經(jīng)濟(jì)不適用于3D打印制造，其程度與適用于CNC加工服務(wù)和注射成型的程度相同。最具成本效益的生產(chǎn)類型取決于應(yīng)用和生產(chǎn)單位的數(shù)量。

以下是一些經(jīng)驗(yàn)法則，指導(dǎo)您在生產(chǎn)塑料零件時(shí)的選擇過(guò)程：

選擇小于100個(gè)單位的3D打印

500臺(tái)以下選用數(shù)控加工

選擇500多個(gè)單元的注塑成型

請(qǐng)注意，在100-500個(gè)單位之間有一個(gè)灰色區(qū)域。這三種技術(shù)中的任何一種都可能在經(jīng)濟(jì)上可行，這取決于零件幾何結(jié)構(gòu)、材料和應(yīng)用。

金屬是另一回事。即使是一次性原型或低生產(chǎn)運(yùn)行（<100個(gè)單位），沒有專門為3D打印設(shè)計(jì)的零件總是使用CNC加工更經(jīng)濟(jì)有效地制造。下面是我們看到的一些使用金屬3D打印的例子。

二、消除支撐結(jié)構(gòu)

所有3D打印設(shè)計(jì)師都需要遵循一個(gè)簡(jiǎn)單的規(guī)則：盡可能減少對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的需求。3D打印是一種增材制造工藝。每層新材料都沉積在前一層上，不能沉積在稀薄的空氣中。支撐結(jié)構(gòu)通常用于打印懸挑和橋梁；這些結(jié)構(gòu)隨后在后期處理過(guò)程中被移除。拆除支撐結(jié)構(gòu)總是增加生產(chǎn)成本和時(shí)間。這對(duì)于金屬3D打印尤其適用，后者的后期制作成本非常高。

有幾種簡(jiǎn)單的方法可以減少設(shè)計(jì)所需的支撐結(jié)構(gòu)：

保持懸挑小于45度。

有輕微角度的懸挑通常不需要支撐。

設(shè)計(jì)時(shí)考慮打印方向。

例如，與其他3D打印流程不同，SLS和MJF打印不需要支持結(jié)構(gòu)。

三、考慮后期處理

除粉和支架是后處理的必要形式，使用前需對(duì)物品進(jìn)行清潔和修整。其他形式的后處理可用于美觀和功能性應(yīng)用。用金屬3D打印制作的物體可以經(jīng)過(guò)熱處理、表面處理，甚至額外的數(shù)控加工，以獲得理想的效果。塑料3D打印對(duì)象可以染色、平滑、或水密性處理。

了解設(shè)計(jì)初始階段的后處理選項(xiàng)。加工將增加生產(chǎn)成本，但它也可以是為特定應(yīng)用生產(chǎn)3D打印部件的一種很好的方法。

四、創(chuàng)建輕量級(jí)結(jié)構(gòu)

輕量化是設(shè)計(jì)一個(gè)盡可能少使用材料的3D打印對(duì)象的過(guò)程。這使得物件更容易打印，大大降低了生產(chǎn)成本。

利用CAD軟件進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)有多種方法。即使是微小的變化也會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本顯著降低。

晶格結(jié)構(gòu)：大多數(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件都可以使用半自動(dòng)程序來(lái)應(yīng)用減重模式或增加物體的表面積。選擇不影響設(shè)計(jì)功能的選項(xiàng)。

拓?fù)鋬?yōu)化：仿真驅(qū)動(dòng)的拓?fù)鋬?yōu)化可用于以最少的材料創(chuàng)建強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)。智能設(shè)計(jì)的打印成本更低，甚至可能具有更高的結(jié)構(gòu)完整性。

裝配合并：盡可能將多個(gè)零件合并為一個(gè)單元。這降低了生產(chǎn)成本，使最終裝配更容易完成。

具有晶格結(jié)構(gòu)和內(nèi)部冷卻通道的衛(wèi)星組件。最初的裝配由100個(gè)不同的部件組成，這些部件被重新設(shè)計(jì)成一個(gè)零件。

五、增加設(shè)計(jì)功能

3D打印具有獨(dú)特的能力，可以制造具有內(nèi)部通道的產(chǎn)品。沒有其他制造技術(shù)能有效地生產(chǎn)出具有相同質(zhì)量水平的孔道結(jié)構(gòu)、網(wǎng)格結(jié)構(gòu)或多孔結(jié)構(gòu)。此設(shè)計(jì)功能有幾個(gè)常見的應(yīng)用程序。

熱交換器：換熱器需要兩種流體或氣體在保持分離的同時(shí)通過(guò)一個(gè)區(qū)域。3D打印通道使設(shè)計(jì)各種應(yīng)用的復(fù)雜換熱器變得容易。

空氣管道：3D打印風(fēng)管通常用于汽車或其他工業(yè)應(yīng)用。復(fù)雜的表面網(wǎng)狀物被用來(lái)創(chuàng)造可變的壁厚；這種水平的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)幾乎不可能用傳統(tǒng)的制造方法來(lái)創(chuàng)造。

有機(jī)結(jié)構(gòu)：從蜂巢式六邊形堆疊到蜂窩式植物結(jié)構(gòu)，3D打印幾乎可以模擬任何復(fù)雜的自然設(shè)計(jì)。其中一個(gè)設(shè)計(jì)被用來(lái)提供腳手架來(lái)修復(fù)脊柱損傷。

在3D打印設(shè)計(jì)中添加通道和復(fù)雜結(jié)構(gòu)不會(huì)增加制造成本。利用這一點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)原本不可能創(chuàng)建的零件。為了充分利用3D打印的好處，重要的是要在設(shè)計(jì)每個(gè)零件時(shí)考慮到工藝的限制。將要使用的材料量減到最小，并創(chuàng)建一個(gè)優(yōu)于所選生產(chǎn)方法的對(duì)象。
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