實際上,原材料與基礎物理性能的差異導致兩種制造方案無法直接互換。盡管AutoCAD、SolidWorks、NX和CATIA等設計軟件無法自動識別金屬或塑料基板,但工程師在導入CAD數據時需精準判斷材料類型。若設計實踐不當,可能導致零件報廢,尤其在將塑料3D打印設計轉換為金屬3D打印時,設計轉換的首要任務是明確兩者在溫度控制、支撐材料及后處理等環節的差異化需求。
溫度控制:塑料與金屬的極端差異
塑料部件的溫度管理通常較為寬松,而金屬3D打印對溫度控制的要求極為嚴苛。以常見的塑料3D打印工藝熔體沉積成型(FDM)為例,即使零件因過熱出現熔化或翹曲,重新打印的成本也較低,且設備損壞風險可忽略。但金屬3D打印則截然不同:高功率激光燒結或熔化金屬粉末時,局部溫度可達1300℃以上,部分熱量會被構建板及周圍未使用的金屬粉末吸收。若未采取有效補救措施,零件可能因熱應力產生扭曲或卷曲,進而損壞3D打印機粉末床的刮板系統。此外,金屬零件報廢后的再制造成本極高。因此,產品開發人員需與工藝工程師緊密協作,精準掌握打印機的功率特性及最優工藝參數,以確保生產效果。
支撐材料:塑料可大量使用,金屬需盡量減少
塑料與金屬3D打印均需輔助材料(支撐結構),但具體實踐差異顯著。塑料部件可大量使用支撐結構,原因有三:其一,塑料材質剛性較低,需更多外部支撐;其二,塑料支撐材料易于移除,且成品表面殘留痕跡易清理;其三,塑料原料成本低,無需刻意節省。
金屬3D打印的支撐材料使用則需謹慎:一方面,激光聚焦產生的高溫會對周圍金屬形成剪切力,需通過支撐結構抑制變形;另一方面,移除金屬支撐時,剪切力可能像彈簧般釋放,導致零件嚴重變形。因此,明智的產品開發團隊會在設計階段就與工藝工程師協作,提前規避此類風險。此外,金屬粉末原料成本較高,且支撐材料移除需依賴專業后處理(如機械加工),耗時費力,進一步增加了項目成本與表面質量控制難度。
后處理:塑料簡單易行,金屬復雜專業
塑料與金屬3D打印完成后均需后處理,但工藝復雜度差異顯著。總體而言,后處理可分為機械剝離與水溶溶解兩類,具體包括支撐材料去除、研磨、鉆削等步驟。
塑料3D打印的后處理優勢明顯:例如,采用StratasysPolyjet技術打印的部件,其支撐材料可通過手動或水槍輕松移除,配套的專業后處理水槽更提升了操作便捷性。而金屬3D打印的后處理則需高度專業化:除常規的支撐移除外,還需進行磨削、數控銑削、應力消除及熱處理等工藝。若后處理不當,可能導致零件性能不達標或表面質量缺陷。這也是塑料3D打印設計無法直接遷移至金屬3D打印的關鍵原因之一。
通過以上對比可見,金屬與塑料3D打印在設計理念、工藝控制及后處理流程上存在本質差異。唯有深入理解這些差異,才能充分發揮兩種技術的優勢,推動3D打印在更廣泛領域的應用。
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