粉末狀床熔化合金3D列印控制技術為構筑具備民主自由花紋和繁雜特點的配件提供更多了很大的分量，可間接依照CAD統計數據鍛造半成品，無須采用生產成本昂貴的研磨輔助工具。若以現代形式來鍛造那些結構設計繁雜的配件，則變得十分毫無意義，即使顯然不可能將順利完成。involves鍛造控制技術鍛造的配件常常輕巧、更高效率且能更快地充分發揮組織工作操控性。

不過，這并并非說此種穩定操控性讓他們自如地結構設計任何人想的花紋，最少在生產成本的束縛下，他們也不可能將努力做到這一點兒。

在這點，合金3D列印研究者愛爾蘭雷尼紹歸納了一連串的involves鍛造結構設計手冊，在此，3D自然科學谷將分成三期與真田廣之擷取，責任編輯為下半部份。

與任何人鍛造工藝一樣，involves鍛造控制技術也有自己的優勢和局限性。例如，對于采用激光粉末狀床熔化控制技術制作的配件，如果結構設計有懸伸部份 — 也就是具備要在未熔粉末狀的頂部進行熔化研磨的位置 — 則可能將需要結構設計一次性支撐才能順利順利完成研磨。那些支撐會增加研磨時間、消耗更多材料，而且還需要額外的后處理來進行移除。

功能經過優化的配件

圖片中配件功能雖經優化但并并非為用于involves鍛造 (AM) 而結構設計的配件可能將需要大量支撐，導致它們的鍛造效率偏低。

來源雷尼紹

下面他們開始介紹能提高involves鍛造研磨的成功率及生產效率的諸多關鍵因素，并解釋了結構設計師在開發高效率的生產配件時應遵循的一些重要指導原則。

因素1：殘留應力

殘留應力是快速加熱和冷卻的必然產物，這是激光粉末狀床熔化工藝的固有特性。每一個新的研磨層都是通過如下形式構筑的：在粉末狀床上移動聚焦激光，熔化粉末狀頂層并將其與下方的一個研磨層熔合。熱熔池中的熱量會傳遞至下方的固體合金，這樣熔化的合金就會冷卻并凝固。這一過程十分迅速，大約只有幾微秒。

新的合金層在下層合金的上表面凝固和冷卻時會出現收縮現象，但由于受到下方固體結構的限制，其收縮會導致層與層之間形成剪切力。

圖 ： 激光在固體基體的頂部熔化合金形成新的焊道（左）。激光沿著掃描矢量移動并熔化粉末狀，隨后通過將熱量傳遞至下方的固體合金，熔化后的粉末狀開始冷卻。凝固后，冷卻合金收縮，該合金層與下一層之間就會形成剪切力（右）。來源雷尼紹

殘留應力具備破壞性。當他們在一個研磨層頂部增加另一個研磨層時，應力隨之形成并累積，這可能將導致配件變形，其邊緣卷起，之后可能將會脫離支撐：

來源雷尼紹

來源雷尼紹

那些效應在具備較大橫截面的配件中最為明顯，因為此類配件常常具備較長的焊道，而且剪切力作用的距離更長。

--盡可能將減小殘留應力

解決這一問題的手段之一是改變他們的掃描策略，選擇一個最適合配件幾何花紋的方法。當他們用激光軌跡填充配件中心時，通常會來回移動激光，這一過程稱之為“掃描”。他們所選擇的模式會影響掃描矢量的長度，因此也會影響可能將在配件上積累的應力水平。采用縮短掃描矢量的策略，則會相應減少產生的殘留應力：

迂回掃描模式

-順利完成每層掃描后旋轉67°

-研磨效率較高

-殘留應力逐漸增加

-適合小、薄特點

條紋掃描模式

-殘留應力均勻分布

-適合大型配件

-研磨效率高于棋盤掃描模式

棋盤掃描模式

-每層分成若干個5×5 mm的島狀區域

順利完成每層掃描后將整體模式和每個島狀區域旋轉67°

殘留應力均勻分布

適合大型配件

他們也可以在從一個研磨層移至下一個研磨層時旋轉掃描矢量的方向，這樣一來，應力就不會全部在同一平面上集中。每層之間通常旋轉67度，以確保在研磨完許多層后掃描方向才會完全重復。

加熱研磨托盤也是用于減少殘留應力的一種方法，而序后熱處理也可減少累積的應力。

—“ 殘留應力結構設計建議”—

- 盡可能將通過結構設計消除殘留應力

- 避免大面積不間斷熔化

- 注意橫截面的變化

- 混合研磨將較厚的底板整合到involves鍛造配件中

- 在應力可能將較高的位置采用較厚的研磨托盤

- 選擇一種合適的掃描策略

在任何人疊層鍛造工藝中，研磨方向始終限定在Z軸 — 即垂直于研磨托盤。請注意，研磨方向并非始終都是通用方向。應當選擇合適的方向，以便采用最少的支撐材料或不采用支撐材料來生產最穩定的研磨件。

--懸伸部份和熔化過程

在粉末狀床研磨工藝中，由于花紋是一層層構筑起來的，因此層與層之間的關聯形式十分重要。當每一層熔化時，它需要下面的一層來提供更多物理支撐和散熱路徑。

如果配件具備懸伸部份，那么熔池下方區域最少有一部份會是未熔粉末狀。那些粉末狀的導熱性遠遠低于固體合金，因此來自熔池的熱量會保留更長時間，導致周圍更多粉末狀燒結。結果可能將是，多余材料附著在懸伸區域的底面，這意味著懸伸結構可能將呈現出畸形和粗糙的表面。

圖：在固體合金上方熔化粉末狀能快速冷卻（左）。當粉末狀熔化過程發生在懸伸區域時，由于其下方是未熔粉末狀，因此需要更長時間冷卻，而多余的材料可能將會附著在配件的底面。來源雷尼紹

--擺放方向選擇

一般來說，與研磨托盤形成的角度小于45度的懸伸結構需要支撐。

懸伸表面被稱為下表層。它們通常會呈現出比垂直壁面和朝上表面更粗糙的表面。此種效果是熔池冷卻速度減慢導致懸伸結構下方的粉末狀局部燒結所致。

通常能在多個方向上順利完成一個配件的研磨。他們應選擇可實現最理想的配件自身支撐的擺放方向，以便盡可能將降低研磨生產成本并減少后期處理組織工作。

圖：一個配件通常可沿多個方向順利完成研磨，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組織工作量。從左起：

- 大懸臂，需要大量的支撐材料（顯示為藍色）

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

- 倒置，底面采用短支撐 — 研磨時間縮短，但后期需要對支撐面進行精研磨

緊密附著在粉末狀床上，留出適合電火花 (EDM) 移除的毛坯余量 — 殘留應力可能將是個問題

- 與前一種形式相似，但附著區域較少，減少了應力累積 — 從鍛造角度來看，這可能將是最高效率的結構設計

- 最后一種方法（未顯示）是將配件平放在托盤上。這可以降低研磨高度，但也會限制可在研磨托盤上擺放的配件數量，并且容易形成更大的殘留應力。（來源雷尼紹）

最好是在配件結構設計過程的前期便采用研磨文件處理軟件評估各個擺放方向，以確定最有效的形式。一旦做好決定，便可以在此基礎上繼續進行詳細結構設計。

--局部最低點

局部最低點是配件上未與下方粉末狀熔化層連接的任何人區域。那些區域在研磨過程中需要添加支撐來固定。如果在下方沒有支撐結構的情況下開始研磨，當刮刀處理下一層時可能將會造成第一個研磨層發生位移，導致研磨失敗。

來源雷尼紹

局部最低點可能將會十分明顯，如上例所示。它們也可能將出現在與配件邊緣相交的橫孔和斜孔的頂部（如下例所示）。

特點擺放方向

如前所述，下表層的表面光潔度一般較差。如果他們要生產具備最佳精度的細節特點，那么最好將那些特點定位在配件的頂面，也就是上表層。嵌入下表層的細節特點很有可能將會損失精度。

另一個要考慮的問題是配件相對于加粉刮刀的擺放方向。當添加一層新的粉末狀時，刮刀會在粉末狀床上鋪開粉末狀，粉末狀逐漸被刮刀擠壓以形成新的密集層。當材料被擠壓時會在粉末狀床上形成壓力波。該壓力波會與朝向刮刀方向傾斜的配件表面相互作用，向下擠壓粉末狀并向上擠壓配件的前邊緣。這可能將會使配件鉤到刮刀上，導致研磨失敗。請注意，柔性刮刀可以降低此種影響。

圖 ：加粉刮刀和配件斜邊的相互作用。來源雷尼紹

支撐和斜邊的擺放應盡可能將遠離刮刀方向。通過旋轉配件，壓力波現在能以傾斜的角度沖擊配件，因此降低了配件變形的可能將性。

如果無法通過旋轉調整位置，或配件是旋轉對稱的，則可能將需要添加支撐，而受影響的研磨面可能將需要進行后期處理。

—“ 擺放結構設計建議”—

- 結構設計用于involves鍛造的配件的研磨擺放方向應明顯

- 結構設計師應盡量創建自身支撐結構設計

- 研磨成功是首要考量

- 殘留應力和表面光潔度也是受擺放方向影響的重要因素

- 擺放方向可影響研磨時間和生產成本

- 結構設計師必須評估沖突因素以確定擺放方向

(責任編輯：admin)