Sådan designer du dele til FDM 3D-printning
Hvordan designer man dele til FDM 3D-printning?
Hvad er FDM 3D-printprocessen?
FDM 3D-printning er en additiv fremstillingsproces, der bruger teknikken med materialeekstrudering. FDM, også kendt som fused filament fabrication (FFF), er den mest anvendte 3D-printteknologi.
Som den mest prisvenlige 3D-printteknologi på markedet er fused deposition modeling (FDM) et fremragende valg til hurtig og billig prototyping og kan bruges i en række forskellige applikationer.
Som alle fremstillingsmetoder har FDM nogle begrænsninger og restriktioner for, hvad der kan trykkes. Nu gennemgår vi, hvordan du justerer dit design for optimal FDM-trykkvalitet.
Hvordan designer man FDM 3D-print?
For at opnå de bedste resultater skal du have FDM's muligheder og begrænsninger i tankerne, når du designer en del til FDM 3D-PRINTNING.
Brobygning
Brodannelse i FDM opstår, når printeren skal udskrive mellem to understøtninger eller ankerpunkter.
Fordi der ikke er noget at bygge på, ydes der ingen støtte til det oprindelige lag, der trykkes, og materialet har tendens til at synke. Broer opstår oftest i vandrette akser i huller i objekters vægge eller i det øverste lag (eller tag) af hule dele.
En løsning er at reducere broens afstand, men virkningen af dette afhænger af delens designmæssige begrænsninger.
En anden løsning til at undgå nedhængning er at inkludere støtte. Støtten fungerer som en midlertidig platform, som brolaget kan bygges oven på. Støttematerialet fjernes, når trykket er færdigt, selvom det kan efterlade mærker på eller beskadige overfladen, hvor støtten var forbundet med den sidste del.
Vigtig designovervejelse:På grund af FDM's natur er der i et vist omfang altid hængninger eller mærker fra støttemateriale, medmindre broen er mindre end 5 mm.
Hvis der kræves en glat, plan overflade, er en avanceret løsning at opdele designet i separate dele eller udføre en form for efterbehandling.
Lodret akselhul
FDM trykker ofte lodrette akselhuller, der er underdimensionerede. Trykprocessen for sådanne huller og årsagerne til deres diameterreduktion kan opsummeres som følger:
Når dysen trykker langs omkredsen af hullet i den lodrette akse, komprimerer den det nytrykte lag ned på det eksisterende byggelag for at forbedre vedhæftningen.
Dysens trykkraft deformerer formen på det ekstruderede cirkulære lag fra en rund form til en bredere, fladere form.
Dette øger kontaktområdet med det tidligere trykte lag, hvilket forbedrer vedhæftningen, men udvider ekstruderingssektionen.
Dette resulterer i en mindre trykt blændeåbning. Denne reduktion kan være et problem, især ved printning af huller med lille diameter, hvor effekten er større på grund af forholdet mellem huldiameter og dysediameter.
Mængden af undermål afhænger af printeren, skæresoftwaren, hulstørrelsen og materialet.
Reduktionen i diameter af huller i den lodrette akse tages ofte i betragtning af skæringsprogrammet, men nøjagtigheden kan variere. Det kan være nødvendigt med flere testprint for at opnå den ønskede nøjagtighed. Hvis der kræves en høj nøjagtighed, kan det være nødvendigt at bore hullet efter printning.
Vigtig designovervejelseHvis diameteren af hullet i den lodrette akse er kritisk, anbefales det at udskrive det undermålt og derefter bore hullet til den korrekte diameter.
Udhæng
Problemer med overhæng er et af de mest almindelige problemer med FDM-printkvalitet. Draperinger opstår, når et lag af trykt materiale kun delvist understøttes af laget nedenunder. Ligesom med brodannelse kan utilstrækkelig støtte fra overfladen under byggelaget resultere i dårlig lagvedhæftning, hævelse eller krølning.
Afhængigt af materialet kan udhæng på op til 45° normalt printes uden at gå på kompromis med kvaliteten. Ved 45° understøttes det nyprintede lag af 50% af det foregående lag. Dette skaber tilstrækkelig støtte og vedhæftning til at bygge med.
Over 45° kræves der støtte for at sikre, at det nytrykte lag ikke buler nedad og væk fra dysen.
Et andet problem, der opstår ved tryk på overhæng, er krølning. Nytrykte lag bliver stadig tyndere ved de overhængende kanter. Dette forårsager ujævn afkøling, hvilket får dem til at deformere opad.
Vigtige designovervejelserDu kan overvinde begrænsningerne ved udhæng ved at bruge understøtninger til vægvinkler over 45°. Ved større udhæng, der kræver understøtning, vil der opstå mærker på den færdige overflade, medmindre de efterbehandles.
Hjørner
Da FDM-printdyser er runde, er radiuserne af hjørner og kanter lig med dysens størrelse. Det betyder, at funktionerne aldrig vil være helt firkantede.
Det første tryklag er især vigtigt for skarpe kanter og hjørner. Som nævnt ovenfor for lodrette huller, komprimerer dysen det trykte materiale nedad for hvert trykt lag for at forbedre vedhæftningen. For det første tryklag skaber dette en udstrækning, ofte kaldet en "-helefantfod."
Udvidelsen stikker ud over de angivne dimensioner og påvirker muligheden for at samle FDM-delen.
Et andet almindeligt problem med FDM-printning af det første lag er vridning. Sammenlignet med PLA er ABS mere tilbøjeligt til at vride sig på grund af højere printtemperaturer. Det nederste lag er det første lag, der printes på. Det afkøles, når andre termiske lag printes ovenpå. Dette resulterer i ujævn afkøling og kan få det grundlæggende lag til at krølle væk fra byggepladen, når det krymper.
Tilføjelse af affasninger eller radier langs kanterne af dele, der kommer i kontakt med byggepladen, kan reducere virkningen af disse problemer. Dette letter også fjernelse af komponenter fra byggepladen, når printet er færdigt.
Vigtig designovervejelseHvis samling eller de overordnede dimensioner er afgørende for FDM-delens funktionalitet, skal der medtages en 45° affasning eller radius på alle kanter, der er i kontakt med byggeplatformens plade.
Lodret stift
Vertikale stifter printes ofte med FDM, når dele skal samles eller justeres. Det er afgørende at kende størrelsen på de lodrette stifter, som FDM kan printe præcist, da disse funktioner ofte er nyttige.
Store dybler (større end 5 mm i diameter) er trykt med omkreds og polstring for at give en stærk forbindelse til resten af trykket.
Dybler med mindre diameter (mindre end 5 mm i diameter) kan kun bestå af perifert tryk uden udfyldning. Dette skaber en diskontinuitet mellem resten af trykket og stifterne, hvilket resulterer i en svag forbindelse, der let kan brydes. I værste fald trykkes der muligvis slet ikke på en lille stift, fordi der ikke er nok trykmateriale til, at det nytrykte lag kan hæfte.
Korrekt printerkalibrering (herunder optimal laghøjde, printhastighed, dysetemperatur osv.) reducerer ofte sandsynligheden for pinfejl. Tilføjelse af en radius til bunden af stiften eliminerer spændingskoncentrationer på det punkt og øger styrken. For kritiske stifter med en diameter på mindre end 5 mm kan standardstifter, der indsættes i printede huller, være den bedste løsning.
Vigtig designovervejelseHvis dit design indeholder stifter med en diameter på mindre end 5 mm, skal du tilføje en lille afrunding i bunden af stiften. Hvis funktionaliteten er afgørende, kan du overveje at lave et hul i designet på stiftens placering, bore hullet til den korrekte størrelse og indsætte de standardstifter.
Tips til avanceret FDM-design
Når du udskriver med FDM, skal du overveje, hvordan du reducerer den nødvendige støtte, en dels orientering og den retning, delen er bygget på byggeplatformen.
Opdeling af din model
Opdeling af en model kan ofte reducere dens kompleksitet, hvilket sparer omkostninger og tid. Udhæng, der kræver en stor mængde støtte, kan fjernes ved blot at opdele en kompleks form i sektioner, der trykkes individuelt. Hvis det ønskes, kan sektionerne limes sammen, når trykningen er færdig.
Hulretning
Den bedste måde at undgå støtte til huller på er ved at ændre printretningen. Fjernelse af støtte i huller med vandret akse kan ofte være vanskeligt, men at rotere byggeretningen 90° eliminerer behovet for støtte. For komponenter med flere huller i forskellige retninger skal du prioritere blinde huller, efterfulgt af huller med mindste til største diameter og derefter den kritiske betydning af hulstørrelsen.
Byggeretning
På grund af FDM-printningens anisotrope natur er det afgørende for et designs succes at forstå en komponents anvendelse og hvordan den er bygget. FDM-komponenter er i sagens natur svagere i én retning på grund af lagorientering.
Bedste praksis for FDM 3D-printning
Hvis broen overstiger 5 mm, kan der være nedhængning eller mærker i støttematerialet. Opdeling af designet eller efterbehandling kan eliminere dette problem.
Ved kritiske lodrette huldiametre skal du bore huller efter udskrivning for større nøjagtighed.
Tilføjelse af understøtninger vil give FDM-printeren mulighed for at udskrive vægvinkler større end 45°.
Inkluder en 45° graders affasning eller radius på alle kanter af FDM-delen, der er i kontakt med byggepladen.
Til applikationer med små lodrette stifter kan du tilføje en lille afrunding i bunden, eller overvej at indsætte standardstifter i trykte huller.
Opdeling af modellen, omorientering af huller og angivelse af byggeretninger er alle faktorer, der kan reducere omkostninger, fremskynde trykprocessen og øge designets styrke og trykkvalitet.
