前段時間為大家介紹了金屬打印如何減少殘余應(yīng)力的技巧（原文：金屬3D打印技術(shù)解析之如何減少殘余應(yīng)力）遵岩，受到了不少關(guān)注你辣，還引發(fā)了幾個小范圍討論，也獲得了一些非常棒的建議尘执，感謝大家舍哄！

今天我們就繼續(xù)為大家講講金屬3D打印過程中，模型的擺放與方向的注意事項誊锭。由于3D打印的成型過程都是沿著Z軸逐層累加成型表悬，也就是垂直于基板方向，所以層和層之間的關(guān)聯(lián)方式就非常重要市砍，當(dāng)新的一層融化時它需要下一層提供物理支撐和導(dǎo)熱俏川。

熔融和懸臂

當(dāng)激光熔化粉末層時，如果粉末層下方為固體金屬射疤，則熱量會從熔池傳遞至下方結(jié)構(gòu)符殊，這會再次熔化下方固體金屬并形成牢固的焊接。隨著激光掃描零件其他部分時倾桩，此處熔池也將快速凝固倘秸，因為熱量已被下方固體金屬部分有效傳遞出去。如果零件具有懸臂部分眼骗，那么熔池下方區(qū)域至少有一部分會是未熔粉末轨皮。這些粉末的導(dǎo)熱性遠遠低于固體金屬，因此來自熔池的熱量會保留更長時間方秤，導(dǎo)致周圍更多粉末燒結(jié)燎厘。由于粉末導(dǎo)熱性很差，熱量會聚集在懸臂部分下方粉末中益锻，這部分粉末會融化的不充分以至于這部分粉末附著在懸臂區(qū)域的底面蠢琳，這會造成懸臂部分下表面的變形或者非常差的表面粗糙度。

圖：在固體金屬上方熔化粉末能夠快速冷卻（左）冠息。當(dāng)粉末熔化過程發(fā)生在懸伸區(qū)域時挪凑，由于其下方是未熔粉末，因此需要更長時間冷卻逛艰，而多余的材料可能會附著在零件的底面躏碳。

擺放

一般來講與水平角度小于45°的部分需要添加加支撐結(jié)構(gòu)，這一部分通常稱為下表面散怖，下表面的表面粗糙度通常會比垂直壁面和上表面更為粗糙菇绵，下方粉末導(dǎo)熱差，熔池冷卻速度變慢镇眷，導(dǎo)致下方粉末局部燒結(jié)咬最，這部分燒結(jié)的粉末會粘在零件下表面翎嫡。這時零件擺放就顯得尤為重要，它不僅能使任務(wù)零件性能優(yōu)化永乌，甚至可以決定打印的成功與否惑申。當(dāng)零件有多種擺放方式可選的情況，我們應(yīng)選擇可實現(xiàn)最理想化零件自身支撐擺放翅雏，以便盡可能的減少后期處理和降低加工成本镇纳。

圖：一個零件通常可沿多個方向完成加工咒娶，擺放方向的選擇將大大影響支撐材料用量以及所需的后處理工作量仍枕。

從左起：

-大懸臂，需要大量的支撐材料（顯示為藍色）

-修改設(shè)計吗罪，添加額外的錐形以減少支撐尚蔗，結(jié)果可導(dǎo)致零件質(zhì)量增加话贯，可能需要后處理加工/線切割加工

-傾斜45度—除了一個局部最低點外，大部分采用零件自身支撐（詳情請參見下文）严齿。下表層和上表層將呈現(xiàn)出不同的表面粗糙度

-倒置踩林，底面采用短支撐—加工時間縮短，但后期需要對支撐面進行精加工

緊密附著在粉末床上醋掖，留出適合電火花(EDM)移除的毛坯余量—殘留應(yīng)力可能是個問題

-與前一種方式相似，但附著區(qū)域較少捎谨，減少了應(yīng)力累積—從制造角度來看民效，這可能是最高效的設(shè)計

所以零件打印首先要確定零件的擺放，然后在確定的擺放位置的基礎(chǔ)上對零件進行接下來的設(shè)計處理涛救。

局部最低點

局部最低點是零件上未與下方粉末熔融層連接的任何區(qū)域。這些區(qū)域在加工過程中需要添加支撐來固定检吆。如果在下方?jīng)]有支撐結(jié)構(gòu)的情況下開始加工，當(dāng)刮刀處理下一層時可能會造成第一個加工層發(fā)生位移蹭沛，導(dǎo)致加工失敗。

△在零件邊緣相交的橫孔或斜孔的頂部

特征擺放方向

上文說過咆贬，下表面的表面粗糙度會非常差败徊。所以我們要生產(chǎn)精度要求高的零件時盡量使精度要求高或配合面放在上表面呆逼。因為下表面的零件特征很可能會喪失精度〕奥或者在精度要求高的地方添加余量俊揣，后期通過機加工來保證該特征的精度。

另一個要考慮的問題是零件相對于刮刀的擺放方向朱泞。當(dāng)添加一層新的粉末時乐太，刮刀會在粉末床上鋪開粉末，粉末逐漸被刮刀擠壓以形成新的粉末層膀琐。當(dāng)材料被擠壓時會在粉末床上形成壓力波莉孽。該壓力波會與朝向刮刀方向傾斜的零件表面相互作用，向下擠壓粉末并向上擠壓零件的前邊緣苦旋。這可能會使零件鉤到刮刀上火晕，導(dǎo)致加工失敗。柔性刮刀會降低這種影響偏秦。但并不是說柔性刮刀一定好，這要根據(jù)工藝和材料還有鋪粉模式來選用柔性或剛性刮刀酝润。

斜邊和支撐的擺放應(yīng)盡可能與刮刀成一定角度。通過旋轉(zhuǎn)零件璃弄，壓力波現(xiàn)在能夠以傾斜的角度沖擊零件要销，因此降低了零件變形的可能性。如果無法通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整位置夏块，或零件是旋轉(zhuǎn)對稱的疏咐，則可能需要添加支撐，而受影響的加工面可能需要進行后期處理脐供。

擺放建議

打印成功是首要考量浑塞！

設(shè)計師設(shè)計增材制造零件的加工擺放方向應(yīng)明顯。

擺放方向與殘余應(yīng)力和表面粗糙度都有重大關(guān)系政己。

擺放方向?qū)庸こ杀竞图庸r間有重大關(guān)系酌壕。

復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的擺放很難兼顧支撐、表面粗糙度匹颤、加工時間、成本责名、細節(jié)，使樣樣都達到完美狀態(tài)剩织，需要工程師自行取舍枕络。畢竟魚與熊掌不可兼得。但我們可以通過技術(shù)的手段搜澈，使之達到盡量接近目的的狀態(tài)魁济。

總之零件擺放是增材制造過程中非常重要的一環(huán)，依靠支撐來克服擺放問題并不是理想的增材制造過程乏傀。就算我們在可以容忍支撐成本和后處理，但是這會給批量生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的困擾杆坪，這種浪費在批量生產(chǎn)中是難以接受的淋袖。

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