粉末熔化及脫粉的優(yōu)缺點(diǎn)

    圖：如果內(nèi)部空腔里有隔閡部分或不能通過真空去粉的目的，常見的辦法是添加孔的結(jié)構(gòu)（左上），這些孔隨后可以通過焊接的辦法來填補(bǔ)。

    在設(shè)計(jì)零件的時(shí)候，一個(gè)重要考慮因素是如何去除粉末。電子束熔煉（EBM）最好的做法是需要在基臺(tái)上建造一定的余量，特別是如果零件有嚴(yán)格的幾何形狀要求。不銹鋼板可能會(huì)影響建造的前幾層，所以留至少3mm至5mm的部分用作建造余量，這3mm到5mm可以作為支撐結(jié)構(gòu)被去掉。EBM過程的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：由于在整個(gè)加工過程中的低殘余應(yīng)力，設(shè)計(jì)僅需要較少的支撐，并且零件通常容易脫落。

    圖：當(dāng)考慮到后期的精加工處理，設(shè)計(jì)師必須考慮過程本身的物理因素。例如，角落部分會(huì)表現(xiàn)出比平表面更積極的材料去除率，所以輪廓公差（虛線）的位置在彎曲部分會(huì)留有更大的去除余量。

    電子束熔煉（EBM）過程中，一大考慮因素是粉末的去除，一方面，EBM預(yù)熱步驟提供了更好的零件完整性，但粉末去除是一個(gè)挑戰(zhàn)。在預(yù)熱步驟中，周圍的固體粉末部分燒結(jié)，有時(shí)使其難以從長腔中除去。這部分燒結(jié)粉末并不流動(dòng)。如果你加工的是髖關(guān)節(jié)植入物，這部分粉末必須被去除，否則會(huì)對(duì)人體存在傷害隱患。對(duì)于設(shè)計(jì)者來說就是需要設(shè)計(jì)清掃半徑，同時(shí)最大限度地提高視線腔，使粉末去除更容易。

    激光粉末床融化（LPBF）技術(shù)的加工過程中，激光系統(tǒng)提供了一個(gè)好處，即粉末容易流動(dòng)。當(dāng)需要復(fù)雜的內(nèi)腔時(shí)，激光加工技術(shù)過程提供了去除粉末的優(yōu)勢(shì)。然而，即使粉末更容易流出空腔，粉末必須在應(yīng)力消除前以及在零件從基臺(tái)上分離前去除。因此，如果內(nèi)部空腔埋在支撐結(jié)構(gòu)中或不能達(dá)到真空，就需要在零件的某些部位增加粉末去除的設(shè)計(jì)，常見的是添加孔到所建的模型中，事后這些孔通過補(bǔ)焊的方式來去除。

    圖：零件通過增加孔的方式以方便粉末去除。

    激光加工過程中，零件和基臺(tái)基本上是焊接在一起的，這增加了零件拆卸的復(fù)雜性，并增加了整個(gè)過程的時(shí)間。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究，零件必須用機(jī)械方法如電火花線切割或鋸帶來切除。電火花線切割是一個(gè)更準(zhǔn)確的過程，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候去除余量基本在3mm厚，而如果用鋸來分離零件，建議至少添加5mm的余量。

    熱處理

    在大多數(shù)情況下，熱處理都不會(huì)改變?cè)O(shè)計(jì)，除非在熱過程中發(fā)生顯著的失真。由于殘余應(yīng)力的影響，很難通過激光熔化的方式來生產(chǎn)大的部件。EBM一般在水平和垂直方向不需要應(yīng)力消除步驟。

    如果在熱處理過程中，幾何失真成為一個(gè)問題，可以在設(shè)計(jì)過程中考慮添加一些選項(xiàng)，例如在薄壁構(gòu)件周圍加上犧牲的節(jié)點(diǎn)或框架，這樣就可以在熱處理過程中提供穩(wěn)定性。

    表面光潔度補(bǔ)償

    表面光潔度也取決于零件表面的建構(gòu)方向，頂面可以相對(duì)光滑，垂直的表面通常比較粗糙但具有一致的光潔度，與基臺(tái)所呈角度越趨向90°，表面越粗糙。一般來說可以通過優(yōu)化粉末和激光參數(shù)，提高表面光潔度。不過粉末顆粒大小、激光功率、以及加工時(shí)間和表面光潔度之間存在著一定的相互制約，這需要全方面的權(quán)衡。

    為了達(dá)到要求的表面光潔度，可以通過后期的機(jī)加工來完成，這就需要考慮材料的去除率和補(bǔ)償，例如，如果需要去除0.05cm的厚度，在設(shè)計(jì)的時(shí)候就需要添加0.05cm。以便后處理后，零件將符合要求的尺寸公差。

    當(dāng)試圖補(bǔ)償表面光潔度時(shí)，設(shè)計(jì)者還必須考慮過程本身的物理特性。例如，角落會(huì)表現(xiàn)出更積極的材料去除率，所以必須在這些位置提高輪廓公差。

    除了外部表面光潔度，內(nèi)腔往往需要一定的暢通性，設(shè)計(jì)者必須考慮這些材料去除率和補(bǔ)償。

    機(jī)加工

    如前所述，大多數(shù)零件必須通過機(jī)加工的方法來獲得所需要的精度。3D打印過程不能達(dá)到關(guān)鍵公差要求，必須通過傳統(tǒng)的CNC工藝來達(dá)到一致性。設(shè)計(jì)需要考慮，如何使數(shù)控加工更有效。

    設(shè)計(jì)者和制造工程師應(yīng)該合作，以了解該零件如何在數(shù)控加工過程中放置。利用增材制造的優(yōu)勢(shì)，一些必要的標(biāo)簽、引腳、孔、槽，甚至臨時(shí)處理部分都可以添加到打印過程中，以幫助適應(yīng)后期夾具和刀具的配合工序。

(責(zé)任編輯：admin)

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