Jak navrhnout díly pro FDM 3D tisk
Jak navrhnout díly pro FDM 3D tisk?
Co je proces 3D tisku FDM?
FDM 3D tisk je aditivní výrobní proces, který využívá techniku vytlačování materiálu. FDM, také známý jako výroba tavených vláken (FFF), je nejrozšířenější technologií 3D tisku.
Jako nejdostupnější technologie 3D tisku na trhu je fúzované modelování depozice (FDM) vynikající volbou pro rychlé a levné prototypování a lze jej použít v různých aplikacích.
Jako všechny výrobní metody má i FDM určitá omezení a omezení týkající se toho, co lze tisknout. Nyní probereme, jak upravit svůj design pro optimální kvalitu tisku FDM.
Jak navrhnout FDM 3D tisk?
Chcete-li dosáhnout nejlepších výsledků, mějte při navrhování součásti pro FDM 3D TISK na paměti možnosti a omezení FDM.
Přemostění
K přemostění v FDM dochází, když je tiskárna požadována, aby tiskla mezi dvěma podpěrami nebo kotevními body.
Vzhledem k tomu, že není na čem stavět, není nabízena žádná podpora pro počáteční vrstvu, která se tiskne, a materiál má tendenci se prohýbat. Mosty se nejčastěji vyskytují v otvorech v horizontální ose, které se nacházejí ve stěnách objektů nebo v horní vrstvě (nebo střeše) dutých částí.
Jedním z řešení je zmenšit vzdálenost mostu, ale dopad tohoto závisí na konstrukčních omezeních součásti.
Dalším řešením, jak se vyhnout prohýbání, je zahrnutí podpory. Podpora nabízí dočasnou platformu pro překlenovací vrstvu, na které lze stavět. Po dokončení tisku se podpůrný materiál odstraní, i když může zanechat stopy nebo poškodit povrch, kde byla podpěra připojena ke konečnému dílu.
Klíčová úvaha o designu:Vzhledem k povaze FDM jsou průhyby nebo stopy od nosného materiálu do určité míry vždy přítomny, pokud není můstek menší než 5 mm.
Pokud je požadován hladký, rovný povrch, pokročilým řešením je rozdělit návrh na samostatné části nebo provést nějakou formu následného zpracování.
Vertikální otvor hřídele
FDM často tiskne vertikální otvory hřídele, které jsou poddimenzované. Proces tisku takových otvorů a důvody pro zmenšení jejich průměru lze shrnout následovně:
Když tryska tiskne obvod otvoru ve svislé ose, stlačuje nově vytištěnou vrstvu dolů na stávající stavební vrstvu, aby pomohla zlepšit přilnavost.
Tlaková síla trysky deformuje tvar vytlačené kruhové vrstvy z kulatého tvaru na širší, plošší tvar.
Tím se zvětší kontaktní plocha s dříve potištěnou vrstvou, zlepší se přilnavost, ale rozšíří se extruzní sekce.
Výsledkem je menší tištěná apertura. Toto zmenšení může být problémem zejména při tisku otvorů o malém průměru, kde je efekt větší díky poměru průměru otvoru k průměru trysky.
Velikost podrozměru závisí na tiskárně, softwaru pro krájení, velikosti otvoru a materiálu.
Zmenšení průměru otvorů ve svislé ose je často zohledněno programem krájení, ale přesnost se může lišit. K dosažení požadované přesnosti může být zapotřebí několik zkušebních výtisků. Pokud je vyžadována vysoká úroveň přesnosti, může být nutné po tisku vyvrtat otvor.
Klíčová úvaha o designu: Pokud je průměr otvoru ve svislé ose kritický, doporučuje se vytisknout jej poddimenzovaný a poté vyvrtat otvor na správný průměr.
Převis
Problémy s převisem jsou jedním z nejčastějších problémů s kvalitou tisku FDM. K překrytí dochází, když je vrstva potištěného materiálu pouze částečně podepřena vrstvou pod ní. Stejně jako u přemostění může nedostatečná podpora poskytovaná povrchem pod stavební vrstvou vést ke špatné adhezi vrstvy, bobtnání nebo zvlnění.
V závislosti na materiálu lze obvykle tisknout přesahy až 45°, aniž by došlo ke snížení kvality. Při 45° je nově natištěná vrstva podepřena 50 % předchozí vrstvy. To vytváří dostatečnou podporu a přilnavost pro stavbu.
Nad 45° je nutná podpora, aby se zajistilo, že se nově potištěná vrstva nevyboulí směrem dolů a pryč od trysky.
Dalším problémem, který vzniká při tisku přesahů, je zvlnění. Nově potištěné vrstvy jsou na převislých okrajích stále tenčí. To způsobuje nerovnoměrné chlazení, což způsobuje jeho deformaci směrem nahoru.
Klíčové aspekty návrhu: Omezení přesahů můžete překonat použitím podpěr pro úhly stěny nad 45°. U větších přesahů, které vyžadují podepření, se na konečném povrchu objeví značky, pokud nedojde k následnému zpracování.
Rohy
Protože tiskové trysky FDM jsou kulaté, poloměry rohů a hran se rovnají velikosti trysky. To znamená, že prvky nebudou nikdy dokonale čtvercové.
První vrstva tisku je důležitá zejména pro ostré hrany a rohy. Jak bylo diskutováno výše pro vertikální otvory, pro každou potištěnou vrstvu tryska stlačuje potištěný materiál směrem dolů, aby se zlepšila adheze. Pro počáteční vrstvu tisku to vytváří odlesk často nazývaný "elephant foot."
Rozšíření vyčnívá za specifikované rozměry a ovlivňuje schopnost sestavit díl FDM.
Dalším častým problémem při tisku první vrstvy FDM je deformace. Ve srovnání s PLA je ABS náchylnější k deformaci v důsledku vyšších tiskových teplot. Spodní vrstva je první vrstvou, která se má tisknout. Chladí se, když se navrch tisknou další tepelné vrstvy. To má za následek nerovnoměrné ochlazování a může způsobit, že se základní vrstva při smršťování stočí směrem od stavební desky.
Přidání zkosení nebo poloměrů podél okrajů dílů, které přicházejí do kontaktu s konstrukční deskou, může snížit dopad těchto problémů. To také usnadňuje odstranění součástí ze stavební desky po dokončení tisku.
Klíčová úvaha o designu: Pokud jsou sestava nebo celkové rozměry kritické pro funkčnost dílu FDM, zahrňte 45° zkosení nebo poloměr na všech hranách, které se dotýkají desky stavební platformy.
Vertikální kolík
Vertikální kolíky se často tisknou pomocí FDM, když je třeba sestavit nebo zarovnat díly. Je důležité znát velikost svislých kolíků, které může FDM přesně vytisknout, protože tyto funkce jsou často užitečné.
Velké hmoždinky (větší než 5 mm v průměru) jsou potištěny s obvodem a polstrováním, aby bylo zajištěno pevné spojení se zbytkem tisku.
Hmoždinky menšího průměru (průměr menší než 5 mm) mohou sestávat pouze z obvodového potisku bez výplně. To vytváří diskontinuitu mezi zbytkem tisku a kolíky, což má za následek slabé spojení, které se může snadno přerušit. V nejhorším případě se malý špendlík nemusí vytisknout vůbec, protože není dostatek tiskového materiálu, aby se nově natištěná vrstva přilepila.
Správná kalibrace tiskárny (včetně optimální výšky vrstvy, rychlosti tisku, teploty trysky atd.) často snižuje pravděpodobnost selhání kolíku. Přidání poloměru k základně čepu eliminuje koncentrace napětí v tomto bodě a zvyšuje pevnost. Pro kritické kolíky o průměru menším než 5 mm mohou být nejlepším řešením standardní kolíky vložené do vytištěných otvorů.
Klíčová úvaha o designu: Pokud váš návrh obsahuje špendlíky o průměru menším než 5 mm, přidejte na spodní část špendlíku malé zaoblení. Pokud je funkčnost kritická, zvažte zahrnutí díry do návrhu v místě kolíku, vyvrtejte díru správné velikosti a vložte běžné kolíky.
Tipy pro pokročilý návrh FDM
Při tisku pomocí FDM zvažte, jak snížit množství požadované podpory, orientaci dílu a směr, kterým je díl postaven na platformě sestavení.
Rozdělení vašeho modelu
Rozdělení modelu může často snížit jeho složitost, ušetřit náklady a čas. Přesahy, které vyžadují velké množství podpory, lze odstranit jednoduchým rozdělením složitého tvaru na části, které jsou jednotlivě vytištěny. V případě potřeby mohou být sekce slepeny k sobě po dokončení tisku.
Orientace otvoru
Nejlepší způsob, jak se vyhnout podpoře děr, je změnit orientaci tisku. Odstranění podpěry v otvorech v horizontální ose může být často obtížné, ale otočení směru montáže o 90° eliminuje potřebu podpěry. U součástí s více otvory v různých směrech upřednostněte slepé díry, následované dírami s nejmenším až největším průměrem a poté kritičností velikosti díry.
Vybudujte směr
Vzhledem k anizotropní povaze tisku FDM je pro úspěch návrhu zásadní pochopení aplikace součásti a její konstrukce. FDM komponenty jsou ze své podstaty slabší v jednom směru kvůli orientaci vrstev.
Nejlepší postupy pro 3D tisk FDM
Pokud můstek přesahuje 5 mm, může docházet k prověšování nebo značení nosného materiálu. Rozdělení návrhu nebo následné zpracování může tento problém odstranit.
U kritických svislých průměrů otvorů vyvrtejte otvory po tisku pro větší přesnost.
Přidání podpěr umožní tiskárně FDM tisknout úhly stěny větší než 45°.
Zahrňte 45° zkosení nebo poloměr na všechny hrany dílu FDM, které se dotýkají konstrukční desky.
U aplikací s malými svislými kolíky přidejte na dno malé zaoblení nebo zvažte vložení běžných kolíků do potištěných otvorů.
Rozdělení modelu, změna orientace otvorů a určení směrů sestavení jsou všechny faktory, které mohou snížit náklady, urychlit proces tisku a zvýšit pevnost návrhu a kvalitu tisku.
