Driving Innovation l 优化复杂组件的支撑设计

“ 的确，似乎没人喜欢支撑结构，不但影响生产的产量和成本。这些额外的支撑结构还增加构建时间，构建成本以及后期处理时间和后期处理的复杂性。

这就带来了支撑结构的优化问题，要尽量减少和避免支撑结构的使用，就需要对所生产的零件的几何形状和它的构建局限性有着充分的了解。”

支撑结构

缘何而来？

使用SLM选择性激光熔化3D打印技术制造的零件表现出的机械性能相当甚至优于那些由传统的制造业生产的零件。但通过选择性激光融化技术制造零件的时候通常需要支撑结构，这些支撑结构的构建是必要的，有几个原因：一个是支撑结构加强和支持零件与构建平台的稳定性；其二是支撑结构带走零件构建过程中多余的热量；其三是支撑结构可以防止零件翘曲以及减少零件构建过程中的失败几率。

目前，SLM选择性激光熔化3D打印技术制造缺陷和故障的来源包括三个主要方面：阶梯效应（staircase effect)，翘曲(warping)和表面粗糙度差(low down-skin surface roughness)。

阶梯效应（staircase effect)

阶梯效应通常是由于三维CAD模型数字化引起的，阶梯效应表现出明显的倾斜和曲率切片。当斜面与Z轴的角度增加的时候，阶梯效应表现得更加明显。

表面粗糙度差(low down-skin surface roughness)

表面精度差与散热有很大关系。支撑材料可以帮助把多余的热量从熔化区消散。这对于固体材料和粉体之间的界面处有特别的价值。

翘曲(warping)

当热应力超过材料的强度时，塑性变形通常会发生，从而导致零件得扭曲，过大的孔直径和过长的悬伸通常需要支撑材料。

案例

万向节

通常要优化支撑结构的设计需要引入算法来获得最短的构建时间，最少的支撑量，易于去除支撑材料，最好的表面粗糙度。

万向节的案例研究可以说明如何对复杂形状确定合适的支撑结构。通过SLM选择性激光熔化3D打印技术可以制造出无需组装的万向节。其制造的挑战来自于节隙非常小，如果被困在节隙间的粉末不能得到很好的处理，将会导致构建失败。

这就需要认真考虑构建方向，以确保构建高度和快速制造速度。在设计探索过程中，你会发现如果要最小化支撑材料的需要，就会导致零件的构建时间最长。在这种情况下，万向节的构建必须需要支撑结构。通过调整组件的构建角度，达到最大的构建自由度，使用优化的支撑结构，避免了关节的变形，并使可以很容易地后期去除支撑结构。这样的万向节在支撑结构去除后就可以达到平滑的万向效果。

来畅所欲言吧，属于我们谷粉自己的社区！