Hur man designar delar för FDM 3D-utskrift
Hur designar man delar för FDM 3D-utskrift?
Vad är FDM 3D-utskriftsprocessen?
FDM 3D-utskrift är en additiv tillverkningsprocess som använder tekniken för materialextrudering. FDM, även känd som fused filament fabrication (FFF), är den mest använda 3D-utskriftstekniken.
Som den mest prisvärda 3D-utskriftstekniken på marknaden är fused deposition modeling (FDM) ett utmärkt val för snabb och kostnadseffektiv prototypframställning och kan användas i en mängd olika tillämpningar.
Liksom alla tillverkningsmetoder har FDM vissa begränsningar och restriktioner för vad som kan tryckas. Nu går vi igenom hur du justerar din design för optimal FDM-tryckkvalitet.
Hur designar man FDM 3D-utskrift?
För att uppnå bästa resultat, ha FDM:s möjligheter och begränsningar i åtanke när du designar en del för FDM 3D-UTSKRIFT.
Överbryggning
Bryggning i FDM inträffar när skrivaren måste skriva ut mellan två stöd eller ankarpunkter.
Eftersom det inte finns något att bygga på ges inget stöd för det ursprungliga lagret som trycks och materialet tenderar att bukta. Bryggor uppstår oftast i horisontella hål som finns i väggar på föremål eller i det översta lagret (eller taket) på ihåliga delar.
En lösning är att minska brons avstånd, men effekten av detta beror på delens konstruktionsbegränsningar.
En annan lösning för att undvika att trycket hänger är att använda stöd. Stödet erbjuder en tillfällig plattform för överbryggningsskiktet att byggas på. Stödmaterialet tas bort när trycket är klart, men det kan lämna märken på eller skada ytan där stödet var anslutet till den sista delen.
Viktiga designöverväganden:På grund av FDM:s natur förekommer hängighet eller märken från stödmaterial i viss utsträckning alltid, såvida inte bron är mindre än 5 mm.
Om en slät, jämn yta krävs är en avancerad lösning att dela upp designen i separata delar eller göra någon form av efterbehandling.
Vertikalt axelhål
FDM trycker ofta vertikala axelhål som är underdimensionerade. Tryckprocessen för sådana hål och orsakerna till deras diameterreduktion kan sammanfattas enligt följande:
När munstycket trycker ut omkretsen av hålet på den vertikala axeln komprimeras det det nytryckta lagret ner mot det befintliga bygglagret för att förbättra vidhäftningen.
Munstyckets tryckkraft deformerar formen på det extruderade cirkulära lagret från en rund form till en bredare, plattare form.
Detta ökar kontaktytan med det tidigare tryckta lagret, vilket förbättrar vidhäftningen men breddar extruderingssektionen.
Detta resulterar i en mindre tryckt bländare. Denna minskning kan vara ett problem, särskilt vid tryckning av hål med liten diameter, där effekten är större på grund av förhållandet mellan håldiameter och munstycksdiameter.
Mängden understorlek beror på skrivare, skärprogramvara, hålstorlek och material.
Minskningen av diametern på hål i vertikala axlar tas ofta med i beräkningen av skärprogrammet, men noggrannheten kan variera. Flera testutskrifter kan behövas för att uppnå önskad noggrannhet. Om hög noggrannhet krävs kan det vara nödvändigt att borra hålet efter utskrift.
Viktig designövervägandeOm diametern på hålet i den vertikala axeln är kritisk, rekommenderas att skriva ut det underdimensionerat och sedan borra hålet till rätt diameter.
Hänga över
Problem med överhäng är ett av de vanligaste problemen med FDM-utskriftskvalitet. Draperingar uppstår när ett lager av tryckt material bara delvis stöds av lagret under. Precis som vid överbryggning kan otillräckligt stöd från ytan under bygglagret resultera i dålig vidhäftning, svullnad eller böjning av lagret.
Beroende på material kan överhäng på upp till 45° vanligtvis tryckas utan att kompromissa med kvaliteten. Vid 45° stöds det nytryckta lagret av 50 % av det föregående lagret. Detta skapar tillräckligt med stöd och vidhäftning för att bygga med.
Över 45° krävs stöd för att säkerställa att det nytryckta lagret inte bular nedåt och bort från munstycket.
Ett annat problem som uppstår vid tryckning av överhäng är att skiktet böjs. Nytryckta lager blir allt tunnare vid de överhängande kanterna. Detta orsakar ojämn kylning, vilket gör att de deformeras uppåt.
Viktiga designövervägandenDu kan övervinna begränsningarna med överhäng genom att använda stöd för väggvinklar över 45°. För större överhäng som kräver stöd kommer märken att uppstå på den slutliga ytan om den inte efterbearbetas.
Hörn
Eftersom FDM-tryckmunstycken är runda är radierna på hörnen och kanterna lika med munstyckets storlek. Det betyder att funktionerna aldrig kommer att vara helt fyrkantiga.
Det första trycklagret är särskilt viktigt för skarpa kanter och hörn. Som diskuterats ovan för vertikala hål, komprimerar munstycket det tryckta materialet nedåt för varje tryckt lager för att förbättra vidhäftningen. För det första trycklagret skapar detta en utvidgning som ofta kallas en " elefantfot."
Utvidgningen sticker ut utanför de angivna måtten och påverkar möjligheten att montera FDM-delen.
Ett annat vanligt problem med FDM-utskrift är att det första lagret böjs. Jämfört med PLA är ABS mer benäget att böja sig på grund av högre trycktemperaturer. Det nedre lagret är det första lagret som skrivs ut. Det kyls ner när andra termiska lager skrivs ut ovanpå. Detta resulterar i ojämn kylning och kan få baslagret att böja sig bort från byggplattan när det krymper.
Att lägga till avfasningar eller radier längs kanterna på delar som kommer i kontakt med byggplattan kan minska effekterna av dessa problem. Detta underlättar också borttagning av komponenter från byggplattan efter att utskriften är klar.
Viktig designövervägandeOm montering eller övergripande dimensioner är avgörande för FDM-delens funktionalitet, inkludera en 45° avfasning eller radie på alla kanter som är i kontakt med byggplattformsplattan.
Vertikal stift
Vertikala stift trycks ofta med FDM när delar behöver monteras eller justeras. Det är avgörande att veta storleken på de vertikala stift som FDM kan skriva ut korrekt, eftersom dessa funktioner ofta är användbara.
Stora pluggar (större än 5 mm i diameter) trycks med omkrets och vaddering för att ge en stark anslutning till resten av trycket.
Dymlingar med mindre diameter (mindre än 5 mm i diameter) kan endast bestå av perifert tryck utan utfyllnad. Detta skapar en diskontinuitet mellan resten av trycket och stiften, vilket resulterar i en svag förbindning som lätt kan gå sönder. I värsta fall kan en liten stift inte tryckas alls eftersom det inte finns tillräckligt med tryckmaterial för att det nytryckta lagret ska kunna fästa.
Korrekt skrivarkalibrering (inklusive optimal lagerhöjd, utskriftshastighet, munstyckstemperatur etc.) minskar ofta sannolikheten för att stiftet går sönder. Att lägga till en radie vid stiftets bas eliminerar spänningskoncentrationer vid den punkten och ökar hållfastheten. För kritiska stift med en diameter på mindre än 5 mm kan standardstift som sätts in i tryckta hål vara den bästa lösningen.
Viktig designövervägandeOm din design innehåller nålar mindre än 5 mm i diameter, lägg till en liten avrundning i botten av nålen. Om funktionaliteten är avgörande kan du överväga att inkludera ett hål i designen där nålen sitter, borra hålet till rätt storlek och sätt i de färdiga nålarna.
Tips för avancerad FDM-design
När du skriver ut med FDM, tänk på hur du kan minska mängden stöd som krävs, en dels orientering och i vilken riktning delen byggs på byggplattformen.
Dela din modell
Att dela upp en modell kan ofta minska dess komplexitet, vilket sparar kostnader och tid. Överhäng som kräver mycket stöd kan tas bort genom att helt enkelt dela upp en komplex form i sektioner som trycks individuellt. Om så önskas kan sektionerna limmas ihop när tryckningen är klar.
Hålorientering
Det bästa sättet att undvika stöd för hål är att ändra utskriftsorienteringen. Att ta bort stöd i hål med horisontell axel kan ofta vara svårt, men att rotera byggriktningen 90° eliminerar behovet av stöd. För komponenter med flera hål i olika riktningar, prioritera bottenhål, följt av hål med minsta till största diameter och sedan hålstorlekens kritiska betydelse.
Byggriktning
På grund av FDM-utskriftens anisotropa natur är det avgörande för att en design ska lyckas att förstå tillämpningen av en komponent och hur den är konstruerad. FDM-komponenter är i sig svagare i en riktning på grund av lagerorientering.
Bästa praxis för FDM 3D-utskrift
Om bron överstiger 5 mm kan det bli hängande eller märken på stödmaterialet. Att dela upp konstruktionen eller efterbearbeta kan eliminera detta problem.
För kritiska vertikala håldiametrar, borra hål efter utskrift för större noggrannhet.
Genom att lägga till stöd kan FDM-skrivaren skriva ut på väggvinklar större än 45°.
Inkludera en 45°-graders avfasning eller radie på alla kanter av FDM-delen som har kontakt med byggplattan.
För applikationer med små vertikala stift, lägg till en liten avrundning i botten, eller överväg att sätta in standardstift i tryckta hål.
Att dela upp modellen, omorientera hål och specificera byggriktningar är alla faktorer som kan minska kostnader, snabba upp tryckprocessen och öka designstyrkan och tryckkvaliteten.
