DfAM積層製造設計的四大關鍵原則

利用 AM 優勢設計，提高產品製造的功能與品質

增材製造設計 (DfAM) 是設計零件或產品的實踐，它利用增材製造 (AM) 的自由度，同時遵守工藝限制。所有設計師的目標應該是最大限度地減少生產時間、成本和構建失敗的風險，同時最大限度地提高組件的功能和質量。

DfAM 可整理歸納出四個關鍵設計原則，了解這些原則，將使設計人員能夠創建充分利用 AM優勢的新設計，並為零件提供獲得商業成功的最佳機會。

1. 設計正確的增材製造 (AM) 工藝

DfAM 四項關鍵原則中的第一條，針對正確的增材製造流程進行設計。這一點很重要，因為有許多不同類別的 AM ，每個不同技術的生產過程都有不同的特點，這些包括了不同的生產規模、不同的成本和不同的幾何複雜性生產零件的能力。

為了能夠針對正確的增材製造流程進行設計，您需要深入了解大多數增材製造流程的優缺點，並將其與正在創建的零件的幾何形狀相匹配。

了解如何最好地應用設計指南（如上圖）對於充分利用單個增材製造技術的優勢是必要的

DfAM 最重要的元素之一是了解列印過程的幾何限制，幸運地，許多列印機構制定了設計指南，可以為您提供大概的約束數據範圍，例如每台機器可以生產的最小特徵尺寸、最大懸垂角和最小壁厚。

正確的 AM 流程開發設計的關鍵是：應用設計約束知識來最大化組件的性能。例如，如果您正在設計傳熱或電磁功能，可透過基本的軟體程式，預先展示最小化壁厚可以最大化零件的性能。了解最小壁厚、零件成本和生產規模之間的平衡關係，讓您作為設計師能夠將您想要創建的幾何形狀與正確的增材製造工藝相匹配。

2. 以最少材料使用而設計

通常在 AM 中，我們認為最少的材料使用量僅在需要輕型組件的行業中才有用。然而，AM 中的材料使用也與構建時間和列印成本相關。

如果您正在設計要使用 AM 生產的零件，那麼您應該努力設計可使用最少材料的方式來成功列印該零件。您要成功地進行材料用量最少的設計，就需要掌握能夠最大程度減少最終零件材料用量的方法，這方面的技術，可透過包括拓撲優化和晶格結構設計。

(圖)像這種陀螺儀，晶格結構是減少零件材料用量的好方法，晶格也可用於定制零件的功能特性，以提高其整體性能。

另外，您還需要了解減少支持材料的技巧:

-更改構建方向

-創建自支撐幾何體

-添加 45deg 倒角

-將零件拆分為幾個可以重新組裝的組件

3. 改進功能的設計

第三，我們需要最大限度地利用 AM 的好處，必須看看這個過程可以實現哪些其他技術無法實現的成形方法，例如包括使用零件訂製、用於加熱或冷卻的內部流體通道、為部件添加表面紋理等，提高讓3D列印生產零件的替代方法擴展為生產零件的唯一方法。

(圖)該熱交換器內的螺旋通道等內部結構真正發揮了增材製造的優勢，像這樣的組件，實際上不可能使用任何其他製造方法製造。

設計改進的功能，這對於證明 AM 業務案例的合理性也是必要的，改進零件功能的優勢意味著使用 AM 生產零件會有較高的前期成本，尤其是金屬粉末床工藝，但這可以在產品的整個生命週期內攤銷。

4. 零件整合設計

最後一個原則是零件整合設計。一般而言，增材製造的主要優勢之一是能夠將組件整合為數量較少的零件，甚至在某些情況下是單個整體零件。

您可能希望整合零件的一些原因包括減少固定件數量、減少所需庫存、降低交付或零件報廢風險以及最終減少裝配時間和成本。

選擇零件整合的最佳應用是具有挑戰性的，像收集器這樣的部件透過增材製造，可減少對下游焊接工藝的需求，這需要熟練的焊工和木工以及對夾具和夾具的需求。

然而，零件合併並非沒有挑戰。零件合併意味著必須仔細考慮組裝和維護。當我們努力打造一個更可持續的世界時，維修和保養零件的能力至關重要，作為設計師，我們必須小心，不要在設計過程中妥協這一點。

參考出處：Altair

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