2024-05-24
Что такое процесс 3D-печати FDM?
3D-печать FDM — это процесс аддитивного производства, в котором используется техника экструзии материала. FDM, также известная как изготовление плавленых нитей (FFF), является наиболее широко используемой технологией 3D-печати.
Будучи самой доступной технологией 3D-печати на рынке, моделирование методом наплавления (FDM) является отличным выбором для быстрого и недорогого прототипирования и может использоваться в различных приложениях.
Как и все методы производства, FDM имеет некоторые ограничения на то, что можно печатать. Теперь мы расскажем, как настроить дизайн для достижения оптимального качества печати FDM.
Как спроектировать 3D-печать FDM?
Чтобы добиться наилучших результатов, учитывайте возможности и ограничения FDM при проектировании детали для 3D-ПЕЧАТИ FDM.
Преодоление
Соединение в FDM происходит, когда принтеру необходимо печатать между двумя опорами или точками крепления.
Поскольку нет ничего, на что можно было бы опираться, для начального печатаемого слоя не предусмотрена поддержка, и материал имеет тенденцию провисать. Мосты чаще всего возникают в отверстиях с горизонтальной осью, обнаруженных в стенах объектов или в верхнем слое (или крыше) полых деталей.
Одним из решений является уменьшение расстояния моста, но влияние этого зависит от конструктивных ограничений детали.
Еще одно решение, позволяющее избежать провисания, — включить поддержку. Служба поддержки предлагает временную платформу для создания связующего уровня. Поддерживающий материал удаляется после завершения печати, хотя он может оставить следы или повредить поверхность, на которой опора была соединена с конечной деталью.
Ключевое соображение при проектировании: из-за особенностей FDM провисания или следы от опорного материала в некоторой степени всегда присутствуют, если перемычка не составляет менее 5 мм.
Если требуется гладкая, ровная поверхность, передовое решение — разделить дизайн на отдельные части или выполнить некоторую форму постобработки.
Вертикальное отверстие вала
FDM часто печатает вертикальные отверстия вала меньшего размера. Процесс печати таких отверстий и причины уменьшения их диаметра можно резюмировать следующим образом:
Когда сопло печатает по периметру отверстия вертикальной оси, оно прижимает вновь напечатанный слой к существующему строительному слою, чтобы улучшить адгезию.
Сжимающая сила сопла деформирует форму экструдированного круглого слоя от круглой до более широкой и плоской формы.
Это увеличивает площадь контакта с ранее напечатанным слоем, улучшая адгезию, но расширяя секцию экструзии.
Это приводит к уменьшению печатной апертуры. Это уменьшение может стать проблемой, особенно при печати отверстий небольшого диаметра, где эффект сильнее из-за соотношения диаметра отверстия к диаметру сопла.
Размер заниженного размера зависит от принтера, программного обеспечения для нарезки, размера отверстий и материала.
Уменьшение диаметра отверстий по вертикальной оси часто учитывается программой нарезки, но точность может варьироваться. Для достижения желаемой точности может потребоваться несколько тестовых отпечатков. Если требуется высокий уровень точности, после печати может потребоваться просверлить отверстие.
Ключевое соображение при проектировании: если диаметр отверстия вертикальной оси имеет решающее значение, рекомендуется распечатать его меньшего размера, а затем просверлить отверстие до нужного диаметра.
Свес
Проблемы со свисанием — одна из наиболее распространенных проблем с качеством печати FDM. Драпировки возникают, когда слой печатного материала лишь частично поддерживается нижним слоем. Как и в случае с перемычками, недостаточная поддержка поверхности под строительным слоем может привести к плохой адгезии слоя, набуханию или скручиванию.
В зависимости от материала обычно можно печатать свесы до 45° без ущерба для качества. При угле 45° новый напечатанный слой поддерживается на 50 % предыдущего слоя. Это создает достаточную поддержку и сцепление для построения.
При угле выше 45° необходима поддержка, чтобы новый напечатанный слой не выпирал вниз и в сторону от сопла.
Еще одна проблема, возникающая при печати свесов, — это скручивание. Новые напечатанные слои становятся все тоньше по выступающим краям. Это вызывает неравномерное охлаждение, заставляя его деформироваться вверх.
Ключевые соображения при проектировании: ограничения, связанные со свесами, можно преодолеть, используя опоры для углов стен более 45°. Для больших выступов, требующих поддержки, на окончательной поверхности появятся отметки, если не будет выполнена постобработка.
Углы
Поскольку сопла FDM-печати имеют круглую форму, радиусы углов и краев равны размеру сопла. Это означает, что черты лица никогда не будут идеально квадратными.
Первый слой печати особенно важен для острых краев и углов. Как обсуждалось выше для вертикальных отверстий, для каждого печатного слоя сопло сжимает печатный материал вниз для улучшения адгезии. Для начального слоя печати это создает блик, который часто называют «слоновьей лапкой».
Раструб выходит за пределы указанных размеров и влияет на возможность сборки детали FDM.
Еще одна распространенная проблема при FDM-печати первого слоя — коробление. По сравнению с PLA, ABS более склонен к деформации из-за более высоких температур печати. Нижний слой — это первый слой, который будет напечатан. Он охлаждается, поскольку сверху печатаются другие термослои. Это приводит к неравномерному охлаждению и может привести к скручиванию базового слоя от рабочей пластины по мере его усадки.
Добавление фасок или радиусов по краям деталей, которые соприкасаются с рабочей пластиной, может уменьшить влияние этих проблем. Это также облегчает удаление компонентов с рабочей пластины после завершения печати.
Ключевое соображение при проектировании: если сборка или габаритные размеры имеют решающее значение для функциональности детали FDM, предусмотрите фаску или радиус 45° на всех краях, которые соприкасаются с пластиной рабочей платформы.
Вертикальный штифт
Вертикальные штифты часто печатаются с использованием FDM, когда детали необходимо собрать или выровнять. Крайне важно знать размер вертикальных штифтов, которые FDM может точно напечатать, поскольку эти функции часто бывают полезны.
Большие дюбели (диаметром более 5 мм) имеют периметр и прокладку, чтобы обеспечить прочное соединение с остальной частью отпечатка.
Дюбели меньшего диаметра (менее 5 мм) могут состоять только из периферийной печати без заполнения. Это создает разрыв между остальной частью отпечатка и контактами, что приводит к слабому соединению, которое может легко сломаться. В худшем случае маленькая иголка может вообще не напечататься, потому что материала для печати недостаточно для прилипания нового напечатанного слоя.
Правильная калибровка принтера (включая оптимальную высоту слоя, скорость печати, температуру сопла и т. д.) часто снижает вероятность выхода из строя штифта. Добавление радиуса к основанию штифта устраняет концентрацию напряжений в этой точке и увеличивает прочность. Для важных выводов диаметром менее 5 мм лучшим решением могут быть стандартные штифты, вставленные в печатные отверстия.
Ключевое соображение при проектировании: если ваша конструкция содержит штифты диаметром менее 5 мм, добавьте небольшое скругление к нижней части штифта. Если функциональность имеет решающее значение, рассмотрите возможность включения в конструкцию отверстия в месте расположения штифта, просверлите отверстие нужного размера и вставьте имеющиеся в наличии штифты.
Советы по расширенному проектированию FDM
При печати с помощью FDM подумайте, как уменьшить требуемую поддержку, ориентацию детали и направление ее установки на платформе сборки.
Разделение вашей модели
Разделение модели часто может снизить ее сложность, экономя затраты и время. Выступы, требующие большой поддержки, можно удалить, просто разделив сложную форму на секции, которые напечатаны индивидуально. При желании после завершения печати секции можно склеить.
Ориентация отверстия
Лучший способ избежать появления отверстий — изменить ориентацию печати. Удаление опоры из отверстий с горизонтальной осью часто может быть затруднено, но поворот направления сборки на 90° устраняет необходимость в опоре. Для компонентов с несколькими отверстиями в разных направлениях приоритет отдается глухим отверстиям, затем отверстиям с наименьшим или наибольшим диаметром, а затем критичностью размера отверстия.
Направление строительства
Из-за анизотропного характера печати FDM понимание применения компонента и того, как он устроен, имеет решающее значение для успеха дизайна. Компоненты FDM по своей природе слабее в одном направлении из-за ориентации слоев.