Kaip lengvas dizainas atskleidžia visas 3D spausdinimo galimybes - Žinios

Jūsų komanda praleido savaites optimizuodama konstrukcinį laikiklį arba korpusą, tačiau tradiciniai gamybos metodai tiesiog negali toliau sumažinti svorio, nepakenkiant stiprumui ar padidinant išlaidas. Tai klasikinis inžinerinis iššūkis, su kuriuo susiduriame kiekvieną savaitę, kai klientai kreipiasi į musaliuminio 3D spausdinimo paslaugasprendimus.

Kontrastas dažnai būna dramatiškas: tas pats aliuminio lydinio laikiklis, perkurtas optimizuojant topologiją ir pagamintas naudojant metalinį 3D spausdinimą, gali būti 40–60 % lengvesnis nei jo CNC -apdirbtas atitikmuo -, išlaikant ar net viršijant mechanines savybes.

Kas yra lengvas dizainas ir kodėl tai dabar svarbiau?

Inžinerinis apibrėžimas - stiprumo-ir-svorio santykis kaip pagrindinė metrika

Lengvas dizainas optimizuoja stiprumo{0}}ir svorio santykį (specifinį stiprumą ir standumą), kartu atsižvelgiant į sistemos-lygio poveikį, pvz., energijos vartojimo efektyvumą, naudingąją apkrovą ir dinamiką.

Kodėl tradicinė gamyba atsitrenkia į svorio mažinimo sieną

CNC apdirbimą, liejimą ir kalimą riboja įrankiai, minimalūs elementų dydžiai ir būtinybė pradėti nuo vientisos masės, todėl labai optimizuotos organinės geometrijos yra brangios arba neįmanomos.

Pramonės šakos, kuriose svarbus kiekvienas gramas

Orlaiviai, elektra varomi automobiliai, dronai, medicininiai implantai ir robotika įgyja reikšmingų pranašumų sutaupydami svorio, o tai pagerina atstumą, efektyvumą ar našumą.

Pagrindinis duomenų taškas: Remiantis „Airbus“ inžinerijos ataskaitomis, kas 1 kg sumažinus orlaivio svorį galima sutaupyti maždaug 3000 USD per metus degalų sąnaudų.

Realus scenarijus: EV akumuliatoriaus laikikliuose ir antriniuose rėmuose 10 % svorio sumažinimas gali reikšti 5–8 % didesnį važiavimo atstumą, o tai tiesiogiai paveiks akumuliatoriaus dydį ir bendrą transporto priemonės kainą.

Kaip 3D spausdinimas keičia lengvo dizaino taisykles

Daugiau jokių „gamybos dizaino“ apribojimų

Priedų gamyba išlaisvina dizainerius nuo daugelio tradicinių apribojimų, leidžiančių naudoti dalis, kurių anksčiau nebuvo galima gaminti.

Vidiniai kanalai, tuščiavidurės konstrukcijos ir organinės formos

Konformalūs aušinimo kanalai, integruotos grotelės ir topologijos{0}}optimizuotos formos tampa praktiškomis, o ne teorinėmis.

Nuo subtraktyvaus iki priedo

Jūs statote tik tą medžiagą, kuri yra struktūriškai būtina, o ne pradedate nuo tvirto bloko ir pašalinate perteklių.

Lentelė: Lengvųjų dalių gamybos proceso palyginimas

Procesas	Dizaino laisvė	Min. Sienos storis	Tipiškas svorio mažinimas	Tinkamas tūris
CNC apdirbimas	Žemas	~0,8–1,5 mm	10–30%	Aukštas
Liejimas	Vidutinis	~2–4 mm	15–40%	Vidutinis{0}}Aukštas
Aliuminio 3D spausdinimas (SLM)	Labai Aukštas	~0,3–0,5 mm	40–70%+	Žemas-Vidutinis

Du pagrindiniai metodai

Topologijos optimizavimas

Baigtinių elementų analizė (FEA) identifikuoja ir pašalina -apkrovą-nelaikančią medžiagą laikantis įtempių ir standumo reikalavimų. Dažniausiai naudojami tokie įrankiai kaip Altair Inspire, nTopology ir Autodesk Fusion 360. Mūsų projektuose topologijos optimizavimas reguliariai leidžia sumažinti svorį 30–70 %, priklausomai nuo apkrovos sudėtingumo.

Grotelių konstrukcijos

Tinklinės struktūros pakeičia kietą tūrį pasikartojančiomis vienetinėmis ląstelėmis (pvz., BCC, Gyroid arba Octet Truss), sumažindamos svorį, išsaugant standumą ir pagerindamos energijos sugėrimą.

Lentelė: Įprasti grotelių tipai

Grotelių tipas	Santykinis tankis	Specifinis stiprumas	Tipinės programos
BCC	Žemas – Vidutinis	Gerai	Vibracijos slopinimas, bendras lengvas
Giroidas	Vidutinis	Puikiai	Šilumokaičiai, skysčio srautas
Aštuonių santvara	Vidutinis-aukštas	Aukštas	Didelio{0}}standžio konstrukciniai komponentai

Sujungus abu

Daugelyje aviacijos ir erdvės skliaustų naudojamas išorinio apvalkalo topologijos optimizavimas kartu su grotelių užpildymu viduje. Viename mūsų remiamo drono projekte šis hibridinis metodas sumažino svorį 52 %, o išlaikė visus konstrukcinius bandymus.

Lengvojo 3D spausdinimo medžiagos pasirinkimas

3D spausdinimas iš aliuminio lydinių

AlSi10Mg yra puikus{1}} spausdinamumo ir subalansuotų savybių pasirinkimas. AlSi7Mg0.6 suteikia geresnį po-terminio- apdorojimo lankstumą. „Scalmalloy“ išsiskiria puikiu stiprumu-ir-svoriu sudėtingose programose.

Lentelė: Aliuminio lydiniai 3D spausdinimui

Lydinys	Tankis (g/cm³)	Tempiamasis stipris (MPa)	Išeigos stiprumas (MPa)	pailgėjimas (%)	Geriausias
AlSi10Mg	~2.68	300–450	200–300	4–8	Bendrosios konstrukcijos dalys
AlSi7Mg0,6	~2.68	250–400	180–280	8–12	Patvarumas ir nuovargis{0}}kritinis
Scalmalloy	~2.65	450–550	400–500	8–12	Didelio{0}}našumo lengvas

Titano Ti-6Al-4V

Jis pasižymi didžiausiu specifiniu stiprumu tarp paprastų metalų, todėl idealiai tinka medicinos ir ekstremalioms kosmoso reikmėms, nors ir kainuoja brangiau.

Kada rinktis aliuminį, o ne titaną

Pasirinkite aliuminį, kai kaina, šilumos laidumas arba vidutinė darbo temperatūra (<150–200°C) are priorities. Choose titanium when maximum specific strength or biocompatibility is non-negotiable.

Ar polimerinis spausdinimas gali pasiekti lengvus struktūrinius tikslus?

Anglies-pluoštu sustiprintas nailonas (pvz., PA12 CF) arba PEEK gali žymiai sutaupyti svorio ne-kritinės ar vidutinės-apkrovos atveju, pvz., dronų rėmams ir korpusams. Tačiau jie paprastai negali prilygti absoliučiam metalų stiprumui ir atsparumui temperatūrai esant didelės apkrovos konstrukcijoms. Mūsų patirtis rodo, kad polimerai geriausiai veikia kaip papildomi sprendimai, o ne tiesioginiai lengvųjų metalinių dalių pakaitalai.

Metalo 3D spausdinimas Greitas prototipų kūrimas

Kodėl greitas prototipų kūrimas yra labai svarbus lengvam vystymuisi

Tai leidžia greitai iteruoti topologijos{0}}optimizuotus ir gardelės dizainus prieš įsipareigodami brangiai naudoti įrankius ar gaminti.

Nuo CAD iki fizinės dalies per 5-7 dienas – kaip atrodo procesas

Dizaino tobulinimas → modeliavimas → spausdinimas → HIP/terminis apdorojimas → testavimas.

Kaip prototipų kūrimas pastebi dizaino trūkumus prieš pradedant masinę gamybą

Dronų gamintojas, su kuriuo dirbome, vos per tris savaites atliko keturias dizaino iteracijasmetalinis 3D spausdinimas greitas prototipų kūrimas, galiausiai 38 % sumažinus svorį, tuo pačiu patenkinant visus vibracijos ir apkrovos reikalavimus. Tradiciniai maršrutai būtų trukę 6–12 savaičių per ciklą.

Realios pramonės programos

Orlaivių ir erdvės laikikliai, kanalai ir konstrukciniai mazgai

GE Aviation LEAP variklio degalų antgalis sujungė 19 dalių į vieną, sumažindamas svorį 25 % ir pagerindamas veikimą.

Automobiliai ir EV

Rėmai, šilumokaičiai, akumuliatorių laikikliai

Medicinos prietaisai

Ortopediniai implantai su akytomis grotelėmis

Buitinė elektronika

Dronų rėmai ir nešiojamųjų įrenginių korpusai

Pramoninė įranga

Robotiniai rankų galo efektoriai

Lengvas dizainas prieš tradicinį CNC

Kada laimi 3D spausdinimas?

Išlaidų{0}}lūžio taškas

3D spausdinimas paprastai laimi sudėtingų geometrijų mažo{1}}–-vidutinio tūrio (paprastai mažiau nei 500–1 000 vienetų) atveju.

Kai CNC vis dar yra geresnis atsakymas

Didelė-apimtis, paprastos geometrijos su labai mažomis leistinomis nuokrypomis ir nereikia vidinių funkcijų.

Bendra svorio kaina

Lentelė: CNC ir aliuminio 3D spausdinimo paslauga

Matmenys	CNC apdirbimas	Aliuminio 3D spausdinimas	Nugalėtojas
Svorio mažinimas	Ribotas	Puikus (40-70%)	3D spausdinimas
Dizaino sudėtingumas	Ribotas	Labai Aukštas	3D spausdinimas
Kaina (maža apimtis)	Aukštesnis	Konkurencinga	3D spausdinimas
Pristatymo laikas (prototipas)	Ilgiau	5-10 dienų	3D spausdinimas

Dizaino taisyklės, kurių turite laikytis norėdami spausdinti lengvą 3D spausdinimą

Minimalus SLM aliuminio dalių sienelės storis

Paprastai 0,3–0,5 mm, priklausomai nuo orientacijos ir lydinio.

Atraminių konstrukcijų vengimas grotelių konstrukcijoje

Savaime{0}}palaikančios grotelių geometrijos žymiai sumažina tolesnio-apdorojimo pastangas.

Anizotropinio stiprumo orientavimosi strategija

Sulygiuokite pirmines apkrovas su stipresne XY plokštuma. SLM aliuminio dalių Z-ašies tempiamasis stipris paprastai yra 10–15 % mažesnis, į tai reikia atsižvelgti projektuojant.

Paskelbimo{0}}apdorojimo svarstymai

HIP ir tinkamas terminis apdorojimas dažnai yra būtini norint pasiekti optimalias lengvų aliuminio komponentų mechanines savybes.

Dažnos klaidingos nuomonės apie lengvą 3D spausdinimą

1 klaidinga nuomonė: plonesnės sienos ir mažesnis grotelių tankis visada yra geresni. Tikrovė: yra inžinerinis optimalus - per didelis sumažinimas veda prie sulenkimų arba spausdinimo gedimų.

2 klaidinga nuomonė: topologija{1}}optimizuotas formas visada galima spausdinti be problemų. Tikrovė: Jiems dažnai reikia kruopštaus orientavimo ir paramos strategijos tobulinimo.

3 klaidingas supratimas: lengvas dizainas tinka tik aviacijai. Realybė: EV, dronai, robotai ir medicinos prietaisai yra labai naudingi.

4 klaidinga nuomonė: 3D spausdintas aliuminis iš prigimties yra silpnesnis nei kaltinis aliuminis. Tikrovė: tinkamai suprojektuotas, parinktas lydinys ir apdorojant-angalį, jis atitinka arba viršija daugelio programų reikalavimus.

DUK

Kl .: Kiek svorio realiai galiu sutaupyti naudodamas 3D spausdinimą iš aliuminio?

A: 40–60 % būdinga gerai-optimizuotoms dalims; iki 70%+ idealiais atvejais derinant topologijos optimizavimą ir groteles.

Kl .: koks aliuminio lydinys geriausiai tinka lengvoms konstrukcinėms dalims?

A: AlSi10Mg bendram naudojimui; „Scalmalloy“ – didžiausias stiprumas{1}}ir{2}}svoris.

K: Ar grotelių struktūra tokia pat stipri kaip kietas metalas?

A: Tinkamai sukonstruotos grotelės užtikrina puikų specifinį stiprumą ir dažnai geresnį energijos sugėrimą.

Kl.: ar topologijos{0}}dalis gali būti pagamintos naudojant CNC apdirbimą?

A: Paprastai neekonomiškai - sudėtingas organines formas yra labai sunku ir brangu apdirbti.

Kl.: Kiek laiko užtrunka lengvos dalies projektavimas ir prototipas?

A: Paprastai 5–10 darbo dienų su patyrusiu metalo 3D spausdinimo greitojo prototipų kūrimo paslaugų teikėju.

K: Kokios pramonės šakos dažniausiai naudoja lengvą 3D spausdinimą?

A: Aviacijos, automobilių / EV, medicinos, bepiločių orlaivių ir robotų diegimas skatinamas.

K: Ar terminis apdorojimas turi įtakos lengvo 3D spausdinto aliuminio veikimui?

A: Taip - tai žymiai pagerina stiprumą ir lankstumą, todėl agresyvios lengvos konstrukcijos tampa patikimesnės.

K: Kaip rasti patikimą aliuminio 3D spausdinimo gamintoją lengvoms konstrukcinėms dalims?

A: Pirmenybę teikite partneriams, turintiems įrodytą DfAM patirtį,{0}}vidinį posto-apdirbimą, medžiagų sertifikatus ir sėkmingų lengvų projektų portfelį.

Susisiekite dabar

Lengvas dizainas nėra pasirenkama 3D spausdinimo funkcija - tai vienas didžiausių konkurencinių pranašumų. Kartu su topologijos optimizavimu, grotelių struktūromis ir tinkamais aliuminio lydiniais, jis tiekia dalis, kurios yra lengvesnės, tvirtesnės ir efektyvesnės nei tradicinės alternatyvos.

Mūsų komanda specializuojasi aliuminio 3D spausdinimo paslaugų ir individualių lengvųjų metalinių dalių tiekėjų sprendimuose, nukreipdama klientus nuo pirminės DfAM konsultacijos iki patvirtintų gamybos dalių.

Pasiruošę sužinoti, kiek svorio galite sutaupyti kitame projekte? Susisiekite su mūsų metalo 3D spausdinimo gamykla šiandien, kad gautumėte nemokamą dizaino peržiūrą, topologijos optimizavimo analizę ar lengvo prototipo pasiūlymą. Išnaudokime visas jūsų dizaino galimybes kartu - susisiekite dabar.