增材制造设计 (DfAM)

1。简介：建筑的解放

开始金属 3D 打印时最大的错误是将设计用于 1:1 铣削或铸造的组件作为 STEP 文件发送到 3D 打印机。结果通常比原来更贵、更重，而且功能上并不好。

增材制造设计 (DfAM) 是彻底重新思考组件并用层结构的巨大自由度取代加工限制（“如何使用铣刀实现目标？”）的艺术和科学。

2。物理的硬限制（DfAM 中的限制）

尽管人们常说“复杂性没有代价”，但 3D 打印（尤其是 PBF）并不能完全摆脱物理限制。

• 悬垂的 45 度规则：粉末不是稳定的基底。平坦的悬挑（与施工平台的角度 < 45°）会下沉并形成粗糙的表面或导致拆除。它们必须由支撑结构支撑。巧妙的设计（泪滴形状、菱形孔）完全避免了悬垂。
• 散热（热管理）：激光产生大量局部热量（熔池）。这些热量必须尽快向下消散到施工平台中。材料的大量堆积会储存过多的热量并使组件变形。
• 除粉（除粉）：内部空腔必须始终有通向外部的开口（通道）。否则昂贵的粉末将留在里面。

3。拓扑优化和生成设计

这些是现代设计师的数字魔法工具。

• 拓扑优化：您指定软件的安装空间、连接点和作用力（载荷工况）。该软件迭代地去除所有不受机械应力的材料。结果通常看起来是有机的（“仿生的”），就像根或骨头。它非常轻，但强度高。
• 衍生式设计：人工智能会根据您的物理规格开发数百个完全不同的设计迭代（解决方案空间）。工程师仅充当策展人并选择最经济合理的设计。

4。装配合并

DfAM 最大的经济杠杆。

示例：复杂的喷嘴通常由 20 个单独的零件组成 - 外壳（铣削）、管道（弯曲）、密封件（橡胶）和螺钉（车削）。这些必须被存储、组装和维护。

使用 DfAM，这 20 个部件合并为一个打印部件。没有可能破裂的焊缝，没有泄漏的密封件，并且组装工作量减少到零。

5。网格结构（格子）

DfAM 不是坚固地构建组件，而是用三维晶格结构（陀螺仪、八位组）填充内部。

• 优点：大幅减轻重量（轻质结构）。
• 医疗技术：钛植入物（例如髋关节）表面的晶格结构可促进骨细胞向内生长（骨整合），因为它们模仿人体骨骼的多孔结构。
• 热交换器：晶格结构以最小的体积提供了巨大的传热表面。

6。结论：DfAM 需要新的思维

软件（Siemens NX、Altair Inspire、nTopology）使 DfAM 易于使用，但限制因素仍然是人。接受多年“加工设计”培训的工程师必须重新学习“增材思维”。只有那些尊重物理限制（层结构、内应力、支撑）并充分利用自由度（仿生学、整合）的人才能开发出金属 3D 打印在经济上无与伦比的组件。