最近对战略应用工程师Daniel Lazier的采访Markforged,涵盖了从您的增材制造项目中获得最多的提示。
以下是采访中提到的几点。
1.在相同的时间和金钱上提高产量。
在增材制造中,产量是特征参数和工艺参数的函数。例如,使用Markforged系统,可以通过考虑工艺本身(即熔丝制造(FFF))和设计可自支撑的特性来提高良率。这意味着减少需要额外支持的悬挑。
另一个例子是考虑喷嘴将采取的路径放置材料。正如Lazier所指出的那样,“我们看到用户的思维模式从一种以切割次数为中心的CNC思维模式转变为一种更添加的思维模式,即考虑到重力等约束条件,你只需要将材料放置在需要的地方。有有效的方法放置材料,可以加快建造过程,提高良率。
此外,考虑使用镶嵌格子图案,而不是一个坚实的构建。内部晶格模式使用最少的材料提供支持,减少了构建时间和成本。
2.用于规划添加布局的软件。
传统的CAD软件程序并不总是针对高效的增材印刷布局进行优化。更新的程序,如生成式设计或拓扑优化,帮助设计师考虑为增材制造技术创造设计。
例如,这些程序将采用负载、热或气动要求的设计参数,然后输出通常看起来像外星人的特征,以优化问题的解决方案。
然后,切片机软件帮助确定零件设置和如何打印几何图形。拉齐尔指出,“Markforged提供了一种名为Eiger的切片程序。Eiger包含了自定义部件内部特征的晶格结构的能力。所以,外壳按照设计,但内部部分可能看起来像蜂巢或三角形桁架结构。”
3.关于几何的技巧。
在传统的制造过程中,工程师可能会在构建设计之前对整个项目进行多次原型设计。但使用增材技术,因为用户要为使用的材料付费,所以他们可以对设计的各个部分进行原型制作,直到他们做出正确的设计,然后对整个设计进行原型制作。
拉齐尔说:“我可以把一些小功能分解出来,比如我有一个非常复杂的连接器。”“事实上,就在昨天,我还在设计一个样品部件,我想把它像乐高积木一样组装起来,这样两部分就能巧妙地结合在一起。
“在这种情况下,我只需要提供独特的功能,然后进行多次迭代。我可能会在一次打印中完成10次迭代,然后在几个小时内,我就可以获得我需要的指向功能复杂性的部分。”
Lazier举了西门子客户最近的一个例子。“他们开发了这种非常整洁的切割工具来维修他们的燃气轮机。他们需要独特而复杂的支撑面来支撑圆锯,因为圆锯是工具的一部分。
“当他们经历迭代过程时,这并不像他们每次都把整个锯子打印出来,他们只是打印出具有功能复杂性的部分和部分。他们不是花一天的时间打印一张照片,然后在10天内打印10次,而是用5个小时完成30分钟的分段打印10次。”
4.材料的选择。
Markforged打印机的工作原理与其他金属3D打印机不同。这是一种以金属粉末为原料的挤压工艺。一旦零件被一层一层地制造出来,它就会进入一个很深的粘合剂槽,从而去除零件的聚合物成分。然后将零件放入熔炉中,使金属颗粒凝固成最终的实体。使用金属的其他添加剂工艺可能涉及激光烧结,其中金属粉末床上的部分与激光熔接。
拉齐尔指出:“引导我选择这条路或那条路的因素是,我通常会考虑的物理特征是尺寸和我需要在哪里支撑悬垂。这些约束条件实际上与那两种打印系统看起来非常不同,在那两种打印系统中,像激光烧结这样的东西,我通常最关心的是像热这样的因素。
“几个软件包模拟了在那个相对强烈的房间里,物体如何作为热的函数工作。在Markforged工艺中,我们考虑炉内热量如何影响几何形状,以及如何支持或对抗几何形状的潜在衰退。”
除了金属和聚合物,设计师还可以考虑复合材料。例如,连续纤维的强度通常与金属相当。
“例如,我们的连续碳纤维在拉伸和弯曲强度方面表现与6061铝相当。”
这种材料在需要强度但重量很轻的应用中很有用。
在决策树中,设计师什么时候可以在金属和复合材料之间进行选择?拉齐尔说,像传统复合材料层压板结构这样的复合材料部件,通常在层压板纤维铺设的平面上表现得非常好,但在层间粘合方面,这将是设计中一个潜在的薄弱环节。
“在这种情况下,我可能会让工程师选择金属打印系统,因为我有很多不同的入口,可能会受到加载条件的影响。与此相关,硬度是一个很大的特征,我们要确保把金属确定为正确的用例。随之而来的是温度。”
当然,聚合物在较低温度下也能很好地发挥作用。
然而,很多时候,一个零件由多种材料制成会更好。“我们看到很多客户采用混合动力部件等策略。例如,尺寸对金属来说是一个很大的限制,但对聚合物复合材料来说就不那么重要了。我们看到我们的客户拿他们的零件非常非常大的部分,比如一个末端执行器它需要在一个轴上承受很多负荷。他们可能会用复合材料打印出手臂的大部分,然后制造出需要定制金属的尖端或接触点,然后通过螺栓、粘合剂或其他粘合剂将两者粘合在一起。
复合材料要考虑的材料方面之一是纤维方向。“复合材料有一个学习曲线。这种材料有纤维铺设在一个平面,因此设计将经历机械载荷成为一个设计标准。
“当我第一次接受这项技术的训练时,就像坐在过山车上,然后突然过山车就可以脱轨了,我可以把飞机上的连续纤维指向任何我想要的方向,这几乎就像一种超能力,能够具体地决定一个部件如何应对机械应力。”
其他的挑战包括“两轴问题”,即纤维将被铺设在一个二维层压结构中。外部组件的实现或使用现成的组件,比如大头针或螺栓来约束z轴上的部分,这将是一个非常有用的长期策略。
“我们以2D一层一层的格式设计部件,但这些部件需要在3D世界中运行。这就是问题的陈述,我们有一个最有效的解决方案使用现成的组件,比如螺栓。花几分钱,我就解决了这个问题,在这个部分,我不再有这种类型的脆弱性。