增材设计（DfAM）在3D打印中至关重要的10个原因

在增材制造领域，建模设计对于零件的创建有着至关重要的作用，它也是任何 3D 打印过程的第一步。DfAM 被定义为增材制造的“可制造性设计”，或者更简单地定义为可以优化使用增材制造创建的零件的设计方法和工具，DfAM 允许用户利用 3D 打印中存在的设计自由度的优势它是制造功能性、高性能零件的关键。

但是为什么DfAM如此重要？它能给零件带来哪些好处？接下来我们将对这些问题展开探讨，并列出了DfAM在3D打印中的重要性的10个原因：

1. 减少 3D 打印错误

打印失败是任何3D打印用户的都难以接受的结果。特别是当涉及高度工业化的工艺时，例如使用激光的LPBF或SLS ，或PEEK 和 PEKK等昂贵的材料，毁坏零件的小错误确实会在成本和时间方面给用户造成损失。这就是DfAM 的体现价值的地方。通过设计，不仅可以正确定向和支撑模型（这两者对于确保各向同性等属性和确保不会翘曲都大有帮助），还可以允许用户选择正确的填充和零件的图层设置。这反过来又显著减少了打印失败。

△校正方向是 DfAM 中的考虑因素之一（照片来源：Protolabs）

2. 更快的打印

速度是增材制造的核心优势，因为这些技术使用户能够以传统制造方法所用时间的一小部分来制造零件。然而，这个速度并不是给定的。通过使用 DfAM，可以使用晶格结构等来优化设计，以保持强度，同时最大限度地减少需要使用的材料量。它还将允许用户最小化支撑结构，减少了打印时间。

3. 更复杂的设计

在 3D 打印中，当设计更加复杂时，不会遇到额外的困难。因此，DfAM 允许用户创建比使用更传统的设计规则创建的几何形状复杂得多的几何形状。通过软件，可以设计并打印几何形状更加复杂的零件，尤其是金属零件。这种复杂性正是我们真正看到 3D 打印为用户带来更大几何自由度的地方。

4. 优化重量性能比

DfAM允许用户利用不同的设计软件来全面优化零件。3D 打印在航空航天和汽车等领域如此受欢迎的原因之一在于它可以制造出更轻的零件，同时仍保持其强度和其他性能，这意味着优越的重量性能比。这尤其可以通过 DfAM 来完成，例如通过集成晶格结构或使用零件的拓扑优化和生成设计。这些专门设计用于优化和生成零件，以减少材料，同时仍满足强度等特定约束。虽然在传统制造中，最终的零件可能过于复杂而无法制造，但如上所述，这在 3D 打印中不是问题。

△DfAM的使用方法之一是拓扑优化（照片来源：nTop）

5. 更少的支撑结构

3D打印从业者很容易将支撑结构视为3D 打印中的“必要之恶”。虽然支撑对于确保零件在 3D 打印过程中不会变形或翘曲绝对至关重要，但它们也意味着更多的材料使用（影响成本和时间），这反过来又会使后处理时间更长并影响外观的部分。这就是 DfAM 可以发挥作用的地方。通过仔细设计零件，例如减少悬伸、改进方向或正确选择填充设置，用户在制造零件时可以减少支撑。

6. 减少后处理

继续上一点，DfAM 重要的另一个重要原因是它将允许用户减少整体的后处理流程。当然，能够做到这一点的主要原因之一是通过优化支撑结构，这意味着拆除它们将花费更少的时间，但还有其他考虑因素。例如，通过正确定位零件或降低层高（这都是 DfAM 中的重要考虑因素），可以在打印开始之前就解决表面平滑度等问题。如果不考虑这些因素，后期处理通常会花费更长的时间，因此转向 DfAM 是有好处的。

7. 零件整合

DfAM 重要的另一个原因是零件整合。使用增材制造的一个日益流行的原因，尤其是在航空航天和汽车等领域，是能够通过更复杂的几何形状将多个零件整合为一个零件。其中一个例子是 Czinger 21C 超级跑车，制造商 Divergent 3D 声称它能够将数千个零件整合为几百个零件，从而显着降低了重量并提高了性能。这种类型的整合只能通过 3D 打印实现，并且可以通过学习和采用 DfAM 规则来完成。

8. 提高可扩展性和批量生产

诚然，DfAM不一定同样适用于每种3D 打印技术。由于各种原因，并非所有这些都非常适合大规模生产或可扩展性。然而，对于 SLS、DMLS、树脂 3D 打印和粘合剂喷射等技术，DfAM 在扩大生产规模方面可以发挥关键作用。通过 DfAM，可以通过堆叠将最大数量的零件放置在构建体积上。此外，将 DfAM 考虑在内可以帮助用户克服 3D 打印难以进行大规模生产的主要挑战。

△使用树脂3D 打印制成的堆叠式 3D 打印零件（照片来源：3DSystems）

9. 成本优化

复杂的几何形状和更轻的零件是 DfAM 重要的关键原因，但如果成本太高，那么能够创建它们有什么好处呢？幸运的是，DfAM 实际上已被证明可以降低制造零件的成本。2020 年，Barnes Group 认为增材制造零件成本的 86% 是由设计驱动的，这一点已被一再证明。只有通过设计，您才能减少材料的使用量，同时继续保持强度和其他性能，最终影响零件的成本。此外，重要的是要考虑到更复杂并不意味着更昂贵。事实上，通过改进设计，情况可能恰恰相反！

10. 基于3D技术的优化

最后但同样重要的一点是，DfAM 很重要，因为它允许用户根据所使用的特定 3D 打印技术来优化零件。3D 打印技术有七个技术系列，其中包含更多的工艺，它们之间存在显著的差异。一个例子是基于粉末的技术，其中设计可能应该集成逃逸孔，以确保零件打印为空心（这在 FDM 或树脂 3D 打印中不会是问题）。同时，在 FDM 3D 打印中，各向异性很常见，因此必要时考虑 DfAM 可以帮助改善零件的各向同性。