Ebben a cikkben megvizsgáljuk a 3D nyomtatón nyomtatott gyártott termékek végső méreteinek megváltoztatásának leggyakoribb okait. Ez a cikk hasznos lesz a tervezők és feltalálók számára, hogy megértsék, hogyan kell 3D-s modelleket tervezni XNUMXD nyomtatáshoz.

Először is, vezessünk be néhány terminológiát. A 3D nyomtatás és a kapcsolódó technológiák technológiai folyamatában előforduló összes eltérést „hibának” fogjuk nevezni. Vizsgáljuk meg, milyen típusú hibák léteznek, és mindegyiket részletesebben megvizsgáljuk.

  1. Extrúziós szélesség hiba.
  2. A sugarak közelítése a réteg magasságától függően.
  3. A 3D nyomtató extruder pozicionálási pontossága.
  4. Inerciális ütések.
  5. Az anyag ellenőrizetlen zsugorodása.
  6. Első réteg hiba.
  7. Porozitás.
  8. Megfelelő pontosság az alkatrészek nyomtatása után, összeomlanak.
  9. A hordozóanyag elválasztásának helyei.
  10. Vékony fal érdessége.

Extrúziós szélesség hiba.

A háromdimenziós modell elkészítése 3D nyomtatáshoz egy úgynevezett G-kód létrehozásához vezet. A G-kód egy számítógépes kód, amely beállítja a 3D nyomtató összes elektromos motorjának mozgását. Ezek a motorok magukban foglalják az extruder (3D nyomtató 3D nyomtatófeje) mozgatását is. Az extruder mozgásait és mozgásait a pálya határozza meg, amelyet a vonal határoz meg. A 3D nyomtatásra való felkészülés során a modell a Z tengely mentén rétegekre van osztva kiválasztott rétegmagasság. Az extruder pályája ezen rétegek méretei alapján épül fel, és a réteg kerülete esetén a modell külső felületét írja le, a Z tengely mentén átlagolva. Az extruder viszont megismétli a G-kódban lefektetett pályát, nevezetesen a fúvóka közepét. Végső soron a modellek tervezésekor figyelembe kell venni azt a tényt, hogy magának a fúvókának van egy lyukátmérője, amelyen keresztül a műanyagot extrudálják. Egyszerűen fogalmazva, a fúvóka sugara hozzáadódik a 3D modell méretéhez. 3D nyomtató kiválasztásakor az extrudálási szélességi hiba szempontjából az alkatrészpontosság nagyobb lesz egy kisebb fúvókaátmérőjűnél. És amikor háromdimenziós modelleket tervezünk 3D nyomtatáshoz, margót kell fektetni a modell szélesítésére. Szeretném megjegyezni, hogy más XNUMXD nyomtatási technológiáknál, amelyek lézert vagy megvilágító eszközt használnak, a külső kerületvonal szélessége a fókusztól, vagyis a sugár vastagságától függ. Ezek a paraméterek általában tisztázhatók a XNUMXD nyomtató gyártójával vagy szakemberekkel. Studia3D.

Lássuk, hogyan működik ez egy háromdimenziós modell példáján, amelyen lyuk van.

Az ábra egy 3D-s modellt, az előkészített G-kód vizualizációját és az extruder fúvóka középpontjának pályáját mutatja a 7. nyomtatási réteghez. Válassza ki a lyukak kerületeit, és tegye az extrudálás tényleges szélességét a pályára (világoszöld színnel kiemelve).

Mint látható, a lyuk átmérője kisebb. Mennyi? A fúvóka sugarán az egyik oldalon + a fúvóka sugara a másikon. Vagyis lyuk tervezésekor a fúvóka szélességével egyenlő rést kell beállítanom. Így van ez minden más autóval is. Minél kisebb a fúvóka mérete, annál közelebb kerül az alkatrész névleges méretéhez. Ugyanakkor a kisebb átmérőjű fúvókával történő nyomtatás többe kerül. Ez a teljesítménynek köszönhető. Időegységenként több műanyag jut ki a nagyobb fúvókán keresztül, ami befolyásolja a nyomtatási sebességet. A nyomtató működési ideje, valamint az anyagmennyiség befolyásolja a termék átvételének költségét.

A sugarak közelítése a réteg magasságától függően.

A megadott rétegmagasság közvetlenül befolyásolja a 3D nyomtatás pontosságát. Ez egyértelműen kifejeződik a modell függőleges metszeteinek sugarain. Vegye figyelembe az előző bekezdés részleteit, és helyezze el a 3D nyomtató kamerájának szélén.

Amint az ábrán látható, a furat minősége a kiválasztott rétegmagasságtól függ. Minél alacsonyabb a réteg magassága, annál jobb az alkatrész. Ebben az esetben érdemes figyelembe venni a 3D nyomtatás idejét. A rétegmagasság növelése csökkenti a nyomtatási időt azáltal, hogy csökkenti az extruder által leírt út teljes hosszát. Ennek megfelelően az alkatrész ára csökken, mert a 3D nyomtató működési ideje közvetlenül befolyásolja a 3D nyomtatás költségeit.

A 3D nyomtató extruder pozicionálási pontossága.

Ez a paraméter határozza meg az ismétlés pontosságát az extruder fúvókájának középpontja szerint a G-kódban meghatározott pályán. Más szóval, ez a paraméter jellemzi az extruder fúvóka középpontjának maximális lehetséges eltérését a nyomtatás során a pályától. Ezt a paramétert a 3D nyomtató gyártója határozza meg egy adott nyomtatómodellhez. De meg kell jegyezni, hogy a megadott paraméter megfelel a gyártó által javasolt 3D nyomtatási sebességnek. Viszont a szakértők Studia3D a G-kód elkészítésekor ennek a paraméternek a hatása minimálisra csökken, de nem szűnik meg teljesen. A sebesség mellett ezt a paramétert befolyásolja a 3D nyomtató és az extruder meghajtórendszer merevsége is.

Inerciális ütések.

A pozicionálási pontosság speciális eseteként külön tételben emeljük ki a háromdimenziós nyomtatás során fellépő tehetetlenségi lengést. Ezt a paramétert ugyanazok a pozíciók befolyásolják, mint amelyeket az előző tételben leírtunk, de ezt a hibát más módon csökkentjük. Ez megérthető, ha megvizsgáljuk azt a pillanatot, amikor ez a hiba befolyásolja a nyomtatási minőséget - az extruder mozgásvektorának irányában bekövetkező éles változást. Amikor az elektromos motorok a hajtásrendszerrel együtt hirtelen megváltoztatják a pálya irányát, a nyomtatófej, amelynek valamilyen karakterisztikus súlya van, a tehetetlenség miatt továbbra is az előző irányban mozog. Ennek eredményeként dinamikus csillapított rezgések keletkeznek, amelyek negatívan tükrözik a felületet. Ennek a hibának a hatását kétféleképpen csökkentjük. A külső kerület nyomtatási sebességének csökkentésével, amelyet kivétel nélkül minden modell nyomtatásakor használunk, és a G-kód előkészítésének szakaszában fektetünk le. A második módszert a modell tervezésekor fektetjük le: ha lehetséges, a modell hegyesszögű éleihez konjugációkat kell hozzáadni, amelyek az alkatrész 3D nyomtató platformjára helyezésekor, az XY síkkal párhuzamos metszetekben éles szögeket adnak a kerületeken. A gyakorlat azt mutatja, hogy a 2 mm-es ragozás elegendőnek tekinthető. Egy példával mutatjuk be.

Amint az ábrán látható, a sarok lekerekítésével (filé bevezetésével az arcra) minimalizáltuk ennek a hibának a hatását.

Az anyag ellenőrizetlen zsugorodása.

Ez a paraméter általában nagyméretű tárgyak 3D nyomtatása esetén érvényesül. A „nagy” a 30D nyomtatókamra bármely koordinátatengely mentén mért maximális méretének több mint 3%-át jelenti. Ez a hiba leggyakrabban a rétegek közötti tapadásban és az XY-vel párhuzamos síkokban a méretek csökkenésében nyilvánul meg.

Megfigyeléseink a párhuzamos tengelyek keresztmetszeti méreteihez képest a leggyakoribb anyagok közelítő zsugorodását tárták fel.

ABS: XY ≈ 5%; Z ≈ 1%

PLA: XY ≈ 2%; Z: 0,5%

Polipropilén: XY ≈ 7%; Z: 10%

Első réteg hiba.

A G-kód előkészítő program a 3D nyomtató platformját abszolút párhuzamosnak tekinti az XY síkkal, azonban a gyakorlatban a platformkalibrációnak is megvan a maga hibája. BAN BEN Studia3D az első réteg vastagságbeli különbségének normája:

Δ = 0.1 mm, 0,2 mm rétegmagassággal

Δ = 0.05 mm, legfeljebb 0,2 mm rétegmagassággal

Porozitás.

A porozitást 3D nyomtatás esetén általában csak abban az esetben tárgyaljuk a belső lapok töltésének százalékos aránya akár 100%. Ha azonban 100% kitöltéssel nyomtat, a porozitás nem megy sehova.

Ez jól látható, ha megvizsgálja azt a helyet, ahol a munkadarab áttöri a mikroszkópot szilárdsági jellemzők meghatározása.

Megfelelő pontosság az alkatrészek nyomtatása után, összeomlanak.

Ha a modell nem szerepel a 3D nyomtató nyomtatási területén, akkor komponensekre oszlik. A legjobb esetben hornyok vannak a legpontosabb összeszereléshez. Meg kell érteni, hogy a modell alkatrészekből történő összeszerelése befolyásolja az általános tervezés pontosságát is. Ezt a pontosságot nagyon nehéz felmérni. Elfogadunk eltéréseket az adott modelltől, + - 2%nagyságrendben. A kötés rögzítéséhez szinte soha nem használunk ragasztót, hanem használunk speciális kémiai oldat... Végső soron az alkatrészek nem ragadnak össze, hanem forrasztottak, csak nem az anyag hőolvasztásával, hanem kémiai olvasztással. Ami a tapadási szilárdságot illeti: magasabb, mint a rétegek közötti tapadás. Egyszerűen fogalmazva, ha egy ilyen alkatrészt a falhoz dob, akkor eltörik, de elsősorban nem az ízületeknél.

A hordozóanyag elválasztásának helyei.

Ez a tétel a mechanikusan eltávolítható támaszokra vonatkozik. Mivel a hordozóanyag és a fő rész anyaga ugyanabból az anyagból áll, a hőmérséklet hatására egyszerűen össze vannak forrasztva. Az ilyen tartók letépése nyomokat, szálakat, forgácsokat stb.

A hiba minimálisra csökkentése érdekében el kell rendelni a 3D nyomtatást oldható hordozók... Az oldható hordozó drága anyaga miatt a 3D nyomtatás költsége is jelentősen megnő. A precizitás, akárcsak a szépség, áldozatot követel.

Vékony fal érdessége.

A G-kód szabványos formában történő elkészítésekor a program arra törekszik, hogy az Ön része a lehető legerősebb legyen. Ez csak egy esetben rossz, amikor a termék vékony falú elemekkel rendelkezik. A pálya kialakításánál beállítjuk azt a minimális falvastagságot, amelyen belül a töltelék... Ez a vastagság általában a fúvóka átmérőjének háromszorosa. De azokban az esetekben, amikor vannak olyan helyek, ahol a vastagság kisebb, mint a külső fal vastagsága, a program a pálya felépítésekor mindkét oldalon egy kerületet vázol fel, és kitölti a köztük lévő űrt. Annak a ténynek köszönhetően, hogy a töltés 3-1 fúvókaátmérő távolságban történik, az extruder rezegni kezd, és inerciális kifutás kezdődik (lásd a bekezdést) tehetetlenségi kifutás). Minél jobban csökken ez a távolság 1 fúvóka átmérőre, annál gyorsabban jelentkezik a rezonancia közeli frekvencia. Mindez negatívan befolyásolja ennek a falnak a megjelenését, mivel a rezgés átjut a környező anyagra. Lássunk tisztán.

E hiba minimalizálása érdekében az alkatrészt úgy kell megtervezni, hogy a falvastagság a fúvóka átmérőjének többszöröse legyen. A különbség az arcon van!

Kimenet.

Végezetül szeretném megjegyezni, hogy a 3D nyomtatáshoz használt háromdimenziós modellek tervezésekor figyelembe kell venni a termékek pontosságát befolyásoló összes tényezőt, és nem kell figyelembe venni egyet sem. Csapat Studia3D nap mint nap azon dolgozik, hogy a 3D nyomtatási folyamat teljesen kiszámítható és ellenőrizhető legyen, azonban, mint minden gyártási típusnak, a 3D nyomtatásnak is megvan a maga pontossága. Nincsenek ideális méretek. Ezért nagyon örülünk, ha a XNUMXD modellek mellett a termékről egy munkarajzot is átadunk, amelyen minden illeszkedés, tűréshatár, érdesség stb. fel van tüntetve. Csak ebben az esetben tudjuk kiválasztani a technológiát, helyesen elkészíteni a G-kódot és garantálni a tervező által meghatározott minőséget. Más esetekben a gyártás megkezdése előtt „bemutató” nyomatokat kell készíteni, a szükséges paraméterek tanulmányozása és kiválasztása után.