Конструирование для технологий DMLS/SLM

Рекомендации по конструированию для SLM/DMLS (металл)

Минимальная толщина стенок

0.3–0.5 мм для титана Ti-6Al-4V и нержавеющей стали 316L.

Важно: Тонкие стенки (<0.4 мм) требуют поддержек для отвода тепла, иначе деформируются.

Поддержки обязательны

В отличие от SLS, в металлической печати поддержки нужны для:

  1. Отвода тепла от зоны плавления (предотвращение коробления).
  2. Фиксации детали к платформе (против остаточных напряжений).

Правило: Все поверхности с углом >45° требуют поддержек.

Проектирование под постобработку

Поддержки нужно удалять механически (фрезой, проволочной резкой), поэтому:

  • Располагайте поддержки в доступных местах.
  • Оставляйте припуски 0.5–1 мм на критичных поверхностях под ЧПУ-обработку.

Термические деформации

Лазер локально нагревает металл до 1400–1600°C, что вызывает остаточные напряжения.

Решения:

  • Оптимизация траектории лазера (слайсер чередует направление сканирования).
  • Предварительный нагрев платформы до 200°C (в установках EOS, SLM Solutions).
  • Термообработка после печати (снятие напряжений при 600–800°C).

Решетчатые структуры

Для снижения веса используют триплекс-решетки (TPMS) — математические поверхности минимальной энергии.

Параметры:

  • Толщина стержня: 0.3–0.8 мм.
  • Размер ячейки: 2–5 мм.
  • Снижение веса: до 70% при потере жесткости всего 10–20%.

Каналы охлаждения

Конформные каналы (повторяющие форму детали) печатают внутри пресс-форм для литья пластика.

Правила:

  • Минимальный диаметр канала: 3 мм (чтобы порошок высыпался).
  • Радиус поворота ≥1.5× диаметр канала (избежать турбулентности).
  • Располагайте входные/выходные отверстия на верхней грани (для очистки порошка).

Топологическая оптимизация

Топологическая оптимизация — математический метод, который удаляет материал из ненагруженных зон детали, оставляя только “силовые линии”.

Процесс оптимизации:

  1. Задаете граничные условия: точки крепления, нагрузки, ограничения по объему/весу.
  2. Алгоритм (например, в Autodesk Fusion 360, ANSYS, Altair Inspire) вычисляет оптимальную форму.
  3. Получаете органическую структуру, которую невозможно изготовить фрезерованием, но легко напечатать на SLM/SLS.

Результат: Снижение веса на 40–70% при сохранении жесткости и прочности.

Пример: Кронштейн авиадвигателя GE изначально весил 2 кг (из 5 свариваемых деталей). После топологической оптимизации и печати на EBM (титан) стал весить 0.9 кг и представляет собой одну монолитную деталь.

Чек-лист перед отправкой модели на печать

Для всех технологий:

  • ✅ Модель герметична (manifold, watertight) — нет дыр в полигональной сетке.
  • ✅ Нормали направлены наружу.
  • ✅ Нет перевернутых граней.
  • ✅ Толщина стенок ≥минимума для технологии.
  • ✅ Учтена усадка материала (если применимо).

Для SLM/DMLS:

  • ✅ Поддержки расположены в доступных для удаления местах.
  • ✅ Оставлены припуски на ЧПУ-обработку.
  • ✅ Каналы охлаждения Ø≥3 мм с радиусом поворота ≥1.5D.