无支撑打印

2021 年 9 月 30 日 | 阅读时间：5 分钟

无支撑或少支撑打印是金属粉末熔床的热门话题。原因显而易见：降低成本。支撑件的数量不仅会影响后处理，还会影响构建时间和材料消耗。
 

分步指南

我将采用 "设计思维 "方法来组织这篇文章。首先，我想强调设计方面。

定义
为了避免在申请中出现支持，我们应该问问自己支持的目的是什么。支持的三个原因是：

• 热传递
• 残余应力
• 刮刀作用力

热传导： 与固体材料相比，粉末的热传导率较低，因此必须调整悬挂区域的能量输入。正如我在前一篇文章中所述，热传导问题可以通过调整下表面曝光策略和优化工艺参数来缓解。

残余应力：由于金属粉末床熔化通常是我们所说的冷加工，因此残余应力是物理定律的结果。产生应力的原因是局部集中输入能量造成的温度梯度，以及刚刚凝固的层与下面已经冷却的层之间的温度差。材料收缩也会受到先前凝固材料的部分限制，从而导致变形。

与其通过提高制造温度（缺点是会增加氧气吸入量）或采用特殊扫描策略（缺点是会影响机械性能或生产效率）来解决残余应力的原因，还不如对产生的影响进行补偿。解决办法是预变形，或者在可能的情况下，采用不易变形的设计。下面是 Additive Works 公司使用 Amphyon 模拟的两个例子：一个平板和一个倒置的锥体。两个部件的尺寸相似（直径 50 毫米与 50 x 50 毫米）。您可以清楚地看到，由于其几何形状，锥体的变形较小。它从一点开始，然后在 Z 方向上持续增长。另外，X-Y 层的圆形也起到了自稳作用。

刮刀：在铺粉过程中，粉末在撒布时会对工件产生作用力。如果工件没有与底板连接，就会被刮刀擦掉。这些力的大小取决于几何形状和工艺。使用软刮刀是一种选择，特别是对于花丝部件，但只有硬刮刀才能保证稳定的涂层厚度。经验告诉我们：如果你能用硬刮刀加工，那么你也能用软刮刀加工。因此，下面的试验使用的是硬刮刀（高速钢刀片）。
 

创意
减少刮刀影响的典型解决方案是支撑架，这种支撑架常用于高拉伸杆，通过减少铺粉过程中拉伸杆的振动来提高打印工作的稳定性。如果我们进一步发展支撑架的概念，就可以使用外壳来保护和稳定部件。这样就不需要与底板连接。

举个简单的例子，我们可以从锥体开始。一个间隙为 0.2 毫米的简单布尔运算器可以提供足够大的间隙，以防止部件和外壳融合。

原型
锥体采用 EOS M 290EOS 钛Ti64制成的，用手即可轻松拆卸。

可以说，壳体的体积大于零件的体积。因此，需要进一步优化，找到最有利的设置。起初，不必将整个零件包覆起来，而只需在开始时包覆某个区域。即使是高大的零件，零件和外壳之间的摩擦力也应足以将其固定到位。另一种方法是堆叠部件，将前一个部件作为下一个部件的外壳。

测试
让我们继续进行更高级的设计，甚至加入堆叠功能。圣诞节快到了，用西门子 NX 和 nTopology 设计一棵圣诞树怎么样？把它倒过来，圣诞树就能自我支撑，树干可以作为下一棵树的外壳。您可以看到格子和实体部分在 x-y 方向上有 0.1 毫米的小重叠，以确保良好的连接。

给 nTopology 专家：不，我没有将网格导出为网格，这只是为了拍照。

实施
我的文章介绍了从 "移情 "到 "测试 "的前五个步骤，但 Additive Minds 也可以为您的实施提供支持。我们已经有了很多使用最少支持或不使用支持的成功案例。