增材制造的零件整合
如何找到合适的机会，用工业3D打印将多部件组装成单个部件
增材制造，或工业3D打印，正从最初的原型功能转向最终生产部件的领域。零件设计的新领域正在打开，甚至在10年前都是不可能的。
增材制造最常被引用的优点之一是能够将现有的由多个部件组成的部件组合成单个部件。如果你乘坐过新飞机，你可能已经经历过这种情况，但却不知道。最著名的例子是航空航天工业是通用电气为CFM国际公司的LEAP飞机发动机添加制造的燃料喷嘴。喷管原本是一个由20个部件组成的发动机部件，但后来变成了一个，重量减轻了25%。
然而，进行这样的设计项目是令人生畏的，工程师们往往会发现，结果并没有像他们想象的那样节省那么多钱，或者他们无法满足他们习惯了传统制造的要求。
问题不在于工程师或技术，而在于要组合的组件的选择，以及对如何有效地进行组合的误解。本指南探讨了如何找到机会，将多部件组装到统一的增材制造直接金属激光烧结(DMLS)，选择性激光烧结(SLS),多射流聚变，以及如何实现比其他制造方法更具成本效益和更高性能的结果。除了本指南中介绍的增材技术之外，我们还在Protolabs提供其他三种3D打印工艺:有限元(SLA)，碳DLS,PolyJet．
何时用增材制造整合零件或组件
通常，仅仅结合两个部分是不够的——理想情况下，如果可以的话，可以考虑20多个部分。合并的部分越多，节省的成本就可能越大。如果零件一旦组装就固定了，这可能是一个整合的机会。就目前的情况而言，组装难度越大越好。在增材制造中，复杂性通常是免费的——最成功的部分尽可能地利用了这一公理。
最好的情况，也是每个工程师都应该努力的，不仅是节省成本，而且还可以通过增材制造提高部件性能。一个组合的组件通常会有更少的故障点，并从一个统一的部分增加强度。寻找应用程序，其中任何一个都将是大赢家，而不是小赢家。内部冷却通道也很容易合并，潜在的好处，如减少零件疲劳。实现您的全部设计愿望清单-不可制造的突然成为可能，所以创造最好的部分你可以。
要正确地评估整合组装的好处，要超越被替换部件的基本采购成本——节省的成本应该更深入。其他需要考虑的事情包括:
- 装配消除:这包括减少劳动力，库存，夹具/工具，以及用于最终产品的生产场地。装配检查也减少了;没有装配错误的机会。
- 更少的故障点:长期维护成本降低，可更换部件库存减少。如果需要，小批量更换可以快速且经济有效。
- 降低运营成本:得益于增材制造，设计自由的部件优化提高了产品性能，实现了部件轻量化和更好的热性能等增强功能。
从其他制造方法转换到3D打印的最佳机会通常是高价值或高性能的情况，在这种情况下，现有的解决方案经常处于失败的边缘，表现不佳，或者在基本部件制造之外的生产成本很高。目前正在生产的零部件和总成可能会有很大的困难不这是向增材制造发展的好机会——例如，为相对简单的装配加工一些金属部件。如果它没有坏，就不要试图修复它!
增材制造如何组合组件
由于减少装配在更模糊的意义上等同于成本节约，这往往是说起来容易做起来难。在基本层面上，您可以在3D CAD组装文件中使用多个传统制造的部件，并将它们作为一个部件导出，以创建一个固化的“弗兰肯斯坦”部件，理论上可以用增材制造生产。我们经常看到这些，并被问到“你能做这个吗?”，答案往往是“是的!”然而，这并不意味着结果将具有成本效益、高质量或性能改进。仅仅因为增材制造提供了近乎无限的设计自由，这并不意味着每个部件都具有成本效益或非常适合该技术。
从最基本的层面考虑应用程序，并询问在可制造性问题之外的基本设计需求是什么，并从那里向后工作，这可能是值得的。为增材制造进行有效设计通常需要“忘记”多年来在其中工作而烙在你脑海中的制造限制。如果您的添加部件的一个方面存在，因为在遗留版本中它是典型的制造方法，那么值得询问是否还需要它。
一般来说，增材制造中的材料量等于成本。去掉任何与功能无关的东西。但请记住增材制造最基本的规则之一:复杂性是免费的。具有成本效益的部件的关键通常是通过使您的设计尽可能高性能而不受传统设计的限制来增加价值。
也就是说，虽然增材制造提供了其他制造方法无法比拟的设计自由度，但它并不是没有自己的规则和指导方针。增材制造为以前从未生产过的部件提供了一条生产途径，包括通过生成设计生产的优化部件。值得记住的是，虽然三维拓扑优化软件生成的有机形状部件理论上可能是给定加载条件下的最佳解决方案，但这并不意味着该部件就是最佳解决方案精心设计的用于增材制造。
在考虑可能需要支持材料来形成的技术(如DMLS)时尤其如此。这些部件可能有明显的悬垂，需要在构建中添加支撑材料，这增加了打印时间和整理劳动。中空部件可能需要仔细检查内部悬垂物或“桥”，以防止需要增加不可接近的内部支撑。我们建议审阅DMLS设计指南在Protolabs了解更多设计要求。
但是，如果您正在为一种技术进行设计，例如SLS或MJF，使用粉饼本身支撑部分，无需担心。在这种情况下，唯一真正需要关注的是粉末去除的逸出孔(如适用)。在这些技术中，夹子、锁存器和夹紧装置通常由耐用材料制成。碳Materials还为这些类型的部件提供工程级材料解决方案。与DMLS类似，碳材料也需要支撑材料来形成。一般来说，卡扣、锁扣和卡扣配合在设计时考虑了多个传统制造部件的组装。使用SLS, MJF和Carbon，工程级尼龙(填充和未填充)，聚丙烯，弹性体和聚氨酯可以在一次组装中制造这些类型的部件。立体光刻(SLA)材料由于其脆性，对于这些类型的部件并不理想。然而，如果你追求的是合身和形式，而对长期耐用性和功能不感兴趣，SLA仍然是你的一个选择。
对于作为一个部件构建的夹子、锁扣和卡扣，应该考虑一些设计规则。要知道，这些部件在连接时承受的压力最大，因此确保在设计中加入了圆角，这可以帮助减轻遇到的一些压力。将活铰链结合到夹子和锁扣中也可以对你有利。这是一个活铰链导轨帮助你开始。最后，一定要考虑零件在制造过程中如何定位会对性能产生积极或消极的影响。零件应以减少摩擦连接点上的应力的方式定向。我们可以帮助您在任何技术中确定正确的部件方向，从而实现您的设计目标。
beplay体育是黑网吗资源可以帮助指导您对您正在考虑的任何增材技术的合理设计原则，或与我们的应用工程师联系以讨论您的设计。
考虑添加剂制造零件的公差
确定任何一个添加剂制造部件的可能公差都是困难的，因为每个部件在制造过程中对热应力的反应都不同。在DMLS中，调优的设备可以导致±0.003英寸的典型公差。(0.0762毫米)在最佳情况下。对于SLS和MJF，典型公差为±0.010英寸。(0.254mm)或±0.012英寸。(0.3048毫米)。易变形或收缩的部件可能超过这些范围。每个几何图形都是独特的，并且在构建的压力下表现不同。如果增材制造的零件需要严格的公差，它们通常必须在重复的前期构建或后期加工中进行。
然而，设计良好的附加部件仍然可以通过消除公差叠加来提高复杂装配的精度。如果将20个零件组合在一起，以前每个零件的单独公差为±0.002英寸。(0.0508毫米)变成一个部分，您可以期望±0.010英寸。公差，您的装配的整体精度有所提高。产品向增材制造过渡的一部分可能包括放弃你习惯期待的每个部件水平上的严格公差。在这种情况下，重要的是不要把苹果和橘子进行比较——不要问新部件是否能和它所替换的部件一样准确，而是要问它是否能和它所替换的部件一样准确所有的总的来说。
另一个值得问的难题是:如何检查如此复杂的部件?它可能需要创新的检查过程，取决于复杂性。再次，请记住，虽然检查部分可能比现有的检查更困难，但它集中在一个单一的部分，而不是许多。用于检查的有限尺寸图应该只包括对功能真正关键的尺寸。从理论上讲，由于新合并的组装将有更少的界面点，因此总体上应该有更少的这些。旧的接口点在新的部分里面。
添加剂零件的精加工选项:加工，螺纹，抛光
记住后处理添加剂部件的注意事项，因为有时这些部件要求比打印添加剂部件更严格的公差或更好的表面光洁度。添加剂零件在关键特征(如垫圈接口和其他精确配合)上接受后加工并不罕见。然而，有效且具有成本效益的构建后操作需要仔细考虑，以避免在一开始就失去组合程序集的所有好处。在可能的情况下尽量限制后期加工——本质上，此时你是在为传统和增材制造买单，而具有经济意义的应用通常涉及复杂的、高价值的几何形状，这些几何形状确实无法通过其他任何方式制造出来。
与传统的库存材料零件相比，可添加零件具有独特的加工挑战。其中一个挑战是表面粗糙度。打印时的表面比典型的底料粗糙，这在创建参考框架时可以增加测量的可变性。这可能会降低引用打印表面的加工特征的精度，或者你可以先加工基准参考。当然，在某些情况下，第一次切割必须在打印部分上。零件上容易固定的大平面通常作为初始基准面效果最好。在同一平面上打印的特征往往相对于彼此打印得非常准确，允许外部平面在尝试加工相对于内部几何结构的特征时作为参考。
如果你的后期加工需要的是功能性线程，一个节省成本的好选择是在打印模型中包含线程，然后在构建后用丝锥或模具追逐它们。螺纹将是粗糙的，可能不完全功能打印，但他们将是准确的，以指导工具到位，切割可用的螺纹。这通常需要最少的工具，并且当松散线程类或位置公差是可接受的时候，这是一个很好的选择。对于通过SLS或MJF制造的塑料零件，热固定插入是一种强大且经济有效的结合螺纹的方法。
最后，还有表面光洁度改善的问题。DMLS零件在表面光洁度方面大致相当于铸造零件，在200至400微英寸的RA范围内。改进这一点的最佳选择可能取决于所需部件的应用和数量。DMLS零件可以很好地手工抛光，但这是一个完全手工的过程，更类似于珠宝制作，而不是工业制造。抛光表面可以达到接近镜面的抛光效果，但由于涉及手工，很难保持严格的尺寸公差或缩放到更高的数量。然而，对于功能性的展示品，这可能是一个很好的选择。SLS和MJF部分具有类似的智慧，其中表面光洁度改善通常涉及一系列劳动密集型的打磨，底漆，更多的打磨和油漆，以实现光滑的表面。
对于零件的整体表面光洁度改进，有很多选择，但这些通常需要前期设置和研发成本，才能针对单个几何形状打磨工艺。这些服务通常只适用于生产部件，而不适用于低数量的原型。
考虑增材制造的可扩展性
所有这些转换或创建用于增材制造的新部件的工作可能没有意义，除非它是高价值部件或有需要少量的生产．增材制造可以降低进入成本，加快制造周期，但单位价格比其他制造方法更早达到最低。虽然从历史上看，传统与添加剂制造的零部件的盈亏平衡点接近10到100个，但新的进步和技术开始将这一范围推向100到1000个，甚至在某些情况下更高。
最终，盈亏平衡成本在很大程度上取决于给定部件的尺寸和复杂性。如果您的增材制造部件是将许多传统制造的部件从复杂的组装中组合而成，那么增材制造在几乎任何规模的情况下都很容易具有经济意义。
一般来说，可添加部件开始看到其每个部件的最低价格，无论在单个构建平台上装配多少数量。组装在一起的零件共享重涂时间，减少机器周转，导致高效生产。小零件在极端情况下可以批量制造1000个或更多零件;对于接近建造室整个尺寸的较大部件，单价底部可能基本上是数量1。
对于大批量打印的小零件，最大的成本驱动因素可能是加工劳动力。虽然零件可能几乎不需要时间在机器中形成，但每个零件都需要添加支撑材料，以便通过DMLS形成特征。除非零件可以在没有任何附加支撑的情况下建造，并通过电火花线切割简单地从建造板上切断，否则每个零件都需要一些劳动力来移除附加支撑。设计特征以形成自支撑部件是降低大批量增材制造成本的一个很好的机会。对于通过SLS或MJF制造的零件，精加工包括从紧角、槽或孔中去除结块粉末。简化表面，便于施工后清洁，可以减少人工时间和成本。
例如，较大的部件是组合组装的结果，它们的价格可能主要由部件的总材料量决定。在传统制造中，简单的厚截面可能不会增加成本，但在增材制造中，它们会增加构建的绘制时间，从而增加显著的成本。此外，它们可能会通过增加构建中的翘曲风险而导致质量较低的部件。增材制造的轻量化部件不仅可以提高性能，而且在大多数情况下，这也是一种节省成本的做法。
说到更大的零件尺寸，如果您正在考虑更大的金属零件和组件，请记住，我们在Protolabs有一个大尺寸的GE增材概念激光X线2000R机器可以制作大尺寸金属零件．到底有多大?GE添加剂X生产线是世界上最大的粉末床金属添加剂系统。这意味着这台DMLM(直接金属激光熔化)机器可以制造大至31.5英寸的生产级金属零件。X 15.7英寸。X 19.7英寸。(800mm x 398mm x 500mm)， 3D打印在高度耐用的铬镍铁合金718。该机制造的零件适用于航空航天、医疗、工业机械和其他领域的各种应用。
这种增加制造这种尺寸部件的能力意味着整个组件可以作为单个部件设计和打印。双1000W激光器允许快速制造大部件和系列化生产量。这台大型机器还包含两个构建模块，允许在建立另一个构建时进行一个构建，从而减少停机时间。虽然该机器可以与各种金属粉末一起使用，但Protolabs目前使用的是上述Inconel 718，它正在为我们迅速扩大的航空航天客户提供服务。
什么时候坚持传统制造业
并不是每个应用都适合增材制造。低价值、高数量的零件总是更适合其他制造方法。通过其他制造方法已经成功生产的部件可以在没有任何变化的情况下转移到增材制造，并且成本更低，这是非常罕见的。
对于加工零件直接转化为添加剂，按原样加工肯定是非常困难或昂贵的。想想看地板上有芯片添加剂对于现有部件来说是有意义的，它将用于目前被磨掉的材料比最终结果更多的部件。当将两个(或多个)加工部件组合成一个添加部件时，它们可能都很难单独生产。理想情况下，它们应该以一种有意义的方式组合在一起，以一种其他方式无法实现的增值方式来改善您的产品。在大多数情况下，如果可以加工，就应该加工。
然而，尺寸和材料是零件的重要因素，可能比人们想象的更具有成本效益。通常需要微加工的非常小的零件在通过DMLS制造时可能是非常实惠的，因为成本与材料体积有关。重量只有几盎司的部件可能是最便宜的DMLS部件之一，即使从设计角度来看它非常复杂。DMLS也不受铬镍合金或钛等具有挑战性的材料的影响。由钛和铝制成的特定机械零件的价格可能完全不同;通过增材制造，价格将更具可比性。
DMLS还可以作为铸造零件原型的一个很好的桥梁，但同样，从价格角度来看，DMLS很少能长期保持与铸造件相比的竞争力。这里的最佳用例可以是用于定制作业的小批量专业变体，这些作业不太适合铸造，或者需要很长时间才能获得第一个零件。
在塑料方面，规模和复杂性是关键。如果你的产品需要超过1000个零件，你最好找到一种方法让你的零件适合注塑成型。beplay体育下载ios通常情况下，添加剂塑料在更高产量下的使用案例涉及到零部件数量和装配劳动力的大幅减少，以及性能的提高。无人机就是一个很好的例子——无人机的整个底盘可以打印成一个单件，重量轻，性能最佳，不需要组装。如今，制鞋业也在为定制中底等产品的增材制造大举投资。
最后，将现有组件转向整合的增材制造可能很难。当适用时，加法是一个强大的解决方案，但并非所有情况都需要它。这就是为什么使用兼备这两项功能的供应商是很有帮助的。在Protolabs，我们不怕告诉您，您的应用程序是否更适合加工或成型等其他数字化制造选择。如果你是添加剂的新手，想要弄清楚它是如何工作的，应用工程师可以和你谈谈你的设计和产品。请致电877-479-3680或拨打(电子邮件保护)．