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E-stage支撑技术的应用与探讨

发布时间:2022-6-27 17:55 来源:李会敏(鑫精合激光科技发展(北京)公司) 观看:

“采用E-Stage支撑成形时,零件成形重量下降18.3%”,“成形时长下降19.3%”,李会敏介绍到。2022年6月16日,鑫精合激光科技发展(北京)公司的选区熔化工艺总师李会敏在霍尔榜直播间,详细地为大家介绍了E-stage支撑技术。接下来小编为错过直播的同行们整理了直播文字稿,以便大家阅读、分享。

从事3D打印行业的朋友都知道,E-stage技术的领先者是玛瑞斯。这里我们要重点聊一下E-stage 支撑的应用与探讨。现在3D打印行业用最多的,基本上是块状支撑和实体支撑,我们发现E-stage有比块状支撑和实体支撑很多好处,它不仅可以提高效率,还可以原材料等优势。但E-stage支撑单独应用的时候也是有一些弊端。 E-stage支撑到底有哪些特点,块状支撑和实体支撑配合应用时我们怎么应用更便捷。

E-Stage主要是Magicse中对3D打印零件添加支撑的一个模块。它提供了一种简单高效的支撑结构, 为生产自动化提供了便捷。 相比较实体支撑和块状支撑,E-Stage金属支撑模块对于大幅提高生产效率、 方便后处理、节省原材料等方面有很大的提升。E-Stage支撑旨在简化金属3D打印的工艺设计,自动化生成支撑,技术人员可以节省数据准备和加工的时间,从而缩短产品的交付周期。 E-Stage支撑智能化判断需要添加支撑的位置,避免一些人为的错误,提高了产品成功的几率。

那E-Stage支撑到底是一种什么样的结构呢?大家看一下,这是一个十字形的一个零件。下面这种网格,镂空的结构和蓝色的,和支撑连接的就是E-Stage支撑。它主要分成两种结构,一个就是大部分的镂空状的,还有蓝色伞状的,其实主要起作用的就是蓝色伞状的连接点,它主要是作为E-Stage支撑和零件之间起强度作用连接的一种结构。

在上面可以看到已经打印完成的,完全用E-Stage支撑托起的一个零件,下面网格状就是E-Stage支撑,网格有大有小,可以看到和零件连接部分是伞状的,从下面网格状的点开始起的,向上越来越大,和零件连接的位置强度还是比较高的。

大家可能都觉得E-Stage就是网状的一个支撑结构,它的先进性体现在哪呢?首先,它特别智能。E-Stage支撑可以自动化判断零件结构,零件的不同位置,生成的E-Stage支撑结构也不同。同一个零件、不同的结构生成的E-Stage它的连接点的结构和数量也不相同。

智能性方面, E-Stage支撑和块状支撑不一样。块状支撑自动生成的时候,它只会竖直向下落,不会管不同结构,需要不同密集程度的支撑。块状支撑不会管支撑是不是落在表面上,对后续支撑去除和后处理会不会带来更大的工作量,它判断不了这些。

但E-Stage不一样,它会根据不同的角度设置不同的连接结构,密集程度也会不同。比方说10度和40度连接点的密集程度就是不一样的。还有不同高度,距离基本5毫米和50毫米。E-Stage支撑结构的宽度、网格大小也都会不同,这些都是它生成的时候会自己计算出来,根据不同结构上传不同的支撑。

E-Stage还有一个特点,它在自动生成支撑的时候,还会尽可能地避免落在零件上,保证零件的外观更好看。后处理的时候,去除的时候也是比较容易,不用再继续打磨了。这是它一个智能的体现,还有其它体现形式,不局限于这些。

E-Stage先进性还表现,它可以很大程度的节省时间。E-Stage是一种多孔结构,因为E-Stage支撑会自己判断,不同的结构设置成不一样的,也不需要后期我们再去调整支撑的密集程度,也不需要去再删减一些东西,整个都给规划好了,生成E-Stage支撑之后,直接切片、打印就可以。然后就是节省打印时间,因为它大多数都是镂空的,实体的面积又小,打印时长有很大范围的提高。

E-Stage是网格状的,强度比较低。我们平常做方案会把零件和基本用实体连接起来,后期再用线切割给它分开,再进行机加。E-Stage 支撑都可以把这些工序都节省掉,它可以直接用手把零件掰下来,也可以用简单的工具把E-Stage支撑去掉,省去了我们平常去块状支撑、去实体支撑一些线切割,机加工、还有一些敲打等工序。既节省了人力,又缩短了产品的加工周期,这是它在节约时间方面的一些体现。

E-Stage可以很大范围的节省原材料。因为它是一种多孔结构,实体面积很小,耗粉量也很低,因孔比较大,粉末也很容易流动,也利于粉末的回收利用,这就是它先进性的一些体现。

E-Stage解决了哪些难点呢?主要是在前处理和后处理方面。我们3D打印行业要培养一个全面的技术人员是需要挺长时间的。但是E-Stage支撑操作比较简单,刚入行的技术人员也不需要经过长时间的培训,就可以把一个零件打印出来。然后后处理,用钳子一掰就可以掉下来,好多用手一掰也可以掰下来,后处理的操作简单易行。E-Stage支撑在保证足够强度的前提下, 采用了超大的多孔结构设计,使残余的粉末能够轻松释放,既提高了生产效率,也节省了成本。

E-Stage支撑连接点的减少和简洁的断开点设计,让后期处理更加容易, 无需

使用敲、 砸的方式就可轻松去除, 不仅大大减少了后处理时间,还减少了产品制造过程中的风险点, 除此之外零件外表面也更加光滑美观。

接下来介绍几个E-Stage支撑的成功案例。我们公司自主研发的X260A设备打印的零件,TC4、GH3625、316L等零件都是打印成功的。我们对不同材料,不同结构的零件进行了很多在E-Stage方面的一些摸索。从我们的经验来看,E-Stage支撑其实更适用于零件比较小,还有像铝合金,钛合金这种比较轻的材料,它的成功率会更高。

以X260A设备打印的TC4零件为例。这个零件完全是由E-Stage支撑托举而成。我们在重量方面和块状支撑方面进行了一下对比,采用块状支撑成形时零件重量为3.227Kg,采用E-Stage支撑成形时零件重量为2.636Kg,成形重量下降18.3%。当然,我们测的重量是包含支撑和零件的总重的,如果说完全去对比支撑,比例可能会更高。

以我们X400A设备打印的AlSi10Mg零件为例。我们400A设备的成型尺寸是407x407x以540,零件的尺寸相对比较大的,像这种大尺寸的,我们也进行过E-Stage支撑的一些验证。这个零件我们对它的重量和打印时长都进行了统计。对比发现,采 用 块 状 支 撑 成 形 时 零 件 重 量 为 3.38Kg;采用E-Stage支撑成形时零件重量为2.93Kg;成形重量下降13.3%。

在打印时长方面,我们采用块状支撑成形时长为152.5h;采 用E-Stage 支 撑 成 形 时 长 为123h;成形时长下降19.3%。对于我们批产项目来说,这个突破是很有利的。

E-Stage支撑有很多利好的特点,但它也不是万能的,我们也有一些打印失败的案例。

以我们研发X400H设备打印的AlSi10Mg零件为例。这个零件尺寸也是比较大,零件是倾斜45度摆放的,中间部分是采用E-Stage支撑成形的。采用e-Stage支撑成形,去完支撑后零件突现边位置缺量严重, 支撑强度不够。


以我们X260A设备打印的AlSi10Mg零件为例。这个零件添加E-Stage支撑的部分结构,它的角度比较小,是小于10度。采用E-Stage支撑成形, 支撑密集,存在过烧的情况,打印过程中多次起翘, 导致零件下表面烧结状态不好。

从我们这些失败和成功的案例,我们总结了一些E-Stage支撑的特点。首先就是E-Stage支撑并不适合所有的结构。不是说所有的零件拿回来,扔到Magicse里边,摆合适的角度,直接生成E-Stage支撑就可以了。它还是适合应力相对较小的一些材料和结构。比方说,尺寸较小,100以内的尺寸,然后铝合金和钛合金可能会更适合。

我们发现E-Stage支撑的强度,它是基于块状支撑和实体支撑之间的,就是说,它取代块状支撑是没有问题的,但是,让E-Stage支撑去取代实体支撑就会造成失败的情况,缺量或者是太密集,造成浮起,零件起翘然后打印失败。

我们通过打印之后对它那个连接点观察发现,E-Stage支撑对于不同的零件,同一零件的不同结构,它连接点的设置的密集程度是不一样的。当然这个是可调的,因为它是自动化生成的,所以调整得去做不同的实验去试,到底要调整成什么样的参数才利于零件的成形。

E-Stage支撑的适用结构总结:角度应大于10°小于45°;悬臂、突现结构等需实体支撑与E-Stage支撑配合使用。E-Stage支撑可替代块状支撑,但不能取代实体支撑;E-Stage支撑越靠近基板占地面积越大,接近成形设备极限尺寸

的零件,要考虑尺寸问题。

我们在批产项目或者是研发项目上需要判断,我是不是仅仅用E-Stage支撑就可以成形。大多数零件仅仅用E-Stage支撑成形是不太可行的,它需要和实体支撑、块状支撑配合使用。

如果我们只想对零件的一个面添加E-Stage支撑怎么实现呢?对于结构比较复杂、正常的零件生成E-Stage支撑,我们把不需要添加E-Stage支撑的位置连接点给删除掉,这个操作起来是有很多缺点的,因为E-Stage支撑是按照连接点删除的,就是一个点一个点删除。当然,你也可以框选,但是框选的时候会把一些不想删除的连接点给删除掉了,它就是有两个缺点:一个是删除点的工作量是特别大的;删多了之后也容易出现误删的情况。

如果说,对一个复杂零件只想对其中一个面添加E-Stage支撑,怎么操作会更简便呢?我们总结了一些小技巧,我们可以先把零件的所有面都标记上,标记完之后,把想添加E-Stage支撑的那个面取消掉,相当于是反选了一下。反选之后,把不需要添加E-Stage支撑的面全添加到无支撑区域里,添加到无支撑区域里之后,我们再去生成E-Stage支撑,相当于只选了一个面,这就是一个反向操作的方法,这样我们就不需要再去删点,就得到了单个面添加E-Stage支撑可以直接用了。

根据我们做的一些实验,以及我们成功和失败的案例,我们总结了一些E-Stage支撑应用的一些总结。首先,它的优点是显而易见的。它可以节约成本,在耗粉量、成形时间方面都有明显的优势。可以降低成本,缩短产品的加工周期,还可以节约劳动力,降低劳动强度。它的重量,还有大孔的结构,其实是很容易去除的。不管是清粉,还是去支撑都很大程度的节约了劳动力。

但是,E-Stage的强度毕竟是支撑,强度是介于块状支撑和实体支撑之间的。它的单点接触,还有面积比较小,点的接触、面积相对实体支撑还是比较小的。这个特点就导致了它无法满足较大面积,小角度面的成形需求。我们需要它和实体支撑结合使用可能会弥补这样的缺点,既提高了生产效率,还可以保证零件成形。

它完全智能应用范围还是比较小的,后期我们希望E-Stage支撑在模块操作上,可以添加更多的可能性,有了改进之后,我觉得这个模块可能应用比较广泛。其实现在大多数产品, E-Stage支撑应用相对来说不够多,主要还是在展示方面,展件方面可能看起来比较多一些。

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