3D الأجزاء المطبوعة: كيفية تعزيز القوة, متانة & أداء

3طباعة D تجعل من السهل إنشاء أجزاء مخصصة - ولكن في كثير من الأحيان, ينتهي الأمر بالمستخدمين بمكونات هشة تتشقق تحت الاستخدام أو تفشل في تلبية احتياجات المشروع. المشكلة ليست مجرد اختيار مادي: حتى البوليمرات أو المعادن عالية الجودة تحتاج إلى تصميم ذكي, إعدادات الطباعة الأمثل, واستهداف ما بعد المعالجة للوصول إلى إمكاناتهم الكاملة. سواء كنت تطبع قوسًا بلاستيكيًا لروبوت أو مكون معدني للطائرة بدون طيار, يوضح لك هذا الدليل كيفية تحويل الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد الأساسية إلى قوية, موثوق بها. سنقوم بتفكيك التقنيات القابلة للتنفيذ مع أمثلة في العالم الحقيقي, لذلك يمكنك تجنب الأخطاء الشائعة والحصول على أجزاء تعمل.

لماذا تهم الجزء ثلاثي الأبعاد قوة الجزء المطبوع (والفشل المشترك)

قبل الغوص في الحلول, دعونا نوضح لماذا القوة غير قابلة للتفاوض-وما يحدث عندما يكون مفقودًا.
3D الأجزاء المطبوعة تفشل في أغلب الأحيان بسببمشاكل التصاق الطبقة (طبقات تقشر) أوتصميم هندسي ضعيف (زوايا حادة تتشقق تحت الضغط). على سبيل المثال:

• طبع الهواة مقبض جيش التحرير الشعبى الصينى لأداة ذات زوايا حادة و 20% ملء كثافة. التقط المقبض بعد 3 يستخدم.
• قامت شركة صغيرة بصنع قوسين راتنجات SLA لرف بدون أضلاع - أقواس عازمة تحت وزن الكتب.

هذه الإخفاقات ليست محبطة فقط - إنها تكلف الوقت والمال. إصلاحها يبدأ بثلاث خطوات رئيسية: تحسين هندسة الجزء, ضبط إعدادات الطباعة, واستخدام ما بعد المعالجة.

خطوة 1: تحسين هندسة الجزء لتحقيق أقصى قوة

شكل الجزء الخاص بك هو أساس قوته. حتى أفضل المواد لا يمكنها إصلاح التصميم الذي يتجاهل القواعد الهيكلية الأساسية. فيما يلي قرص الهندسة الأكثر تأثيرًا, مع أمثلة.

1. استخدم شرائح & تشامفيرز (لا مزيد من الزوايا الحادة)

تتصرف الزوايا الحادة مثل "مركبات الإجهاد" - إنها حيث تبدأ الشقوق.شرائح (زوايا مستديرة) وتشامفيرز (حواف الزاوية) نشر الإجهاد بالتساوي عبر الجزء.

• حكم الإبهام: لقطع الغيار FDM/FFF, اجعل الشرائح على الأقل 1.5x قطر الفوهة (على سبيل المثال, 1.5 مم ل 1 فوهة مم). لأجزاء SLA/SLS, 0.5-1 ملم فيليه تعمل بشكل أفضل.
• فائدة المكافأة: تمنع فيليه فوهة الطابعة ثلاثية الأبعاد من ضرب الأجزاء الحساسة أثناء الطباعة - تقليل فشل الطباعة.

مثال حقيقي: يقف هاتف ABS المطبوع بدء التشغيل مع زوايا حادة. 30% من المدرجات المتصدع في القاعدة. مضيفا 2 تم إلغاء شرائح MM الشقوق بالكامل, وتراجع عوائد العميل إلى 0%.

2. أضف الأضلاع & لوحات الزاوية (الدعم الهيكلي)

أضلاع رقيقة, شرائط مرتفعة تعزز الجدران دون إضافة وزن مفرط.لوحات الزاوية (الدعم الثلاثي في ​​المفاصل) تعزيز الاتصالات بين الأجزاء.

• القواعد الرئيسية للأضلاع:
  • سمك الضلع = ½ سمك الجدار الذي يعززه (على سبيل المثال, 1 ضلع مم ل 2 جدار مم).
  • تباعد الأضلاع = 2x على الأقل سمك الجدار (على سبيل المثال, 4 تباعد MM ل 2 جدار مم).
  • تجنب طويل القامة, أضلاع واسعة - استخدم أضلاع صغيرة متعددة بدلاً من ذلك (أضلاع طويلة تشوه أثناء التبريد).

دراسة حالة: صانع الأثاث مطبوعون أرجل كرسي PLA مع عدم وجود أضلاع. الساقين عازمة تحت 50 كجم من الوزن. مضيفا ثلاثة 1 ضلوع سميكة مم (متباعدة 4 مم) دع الساقين تمسكوا 120 كجم - أكثر من كافية للاستخدام اليومي.

3. تجنب التراكيب (أو دعمهم بشكل صحيح)

تراكب (الأجزاء التي تمتد إلى ما وراء الطبقة أدناه) إضعاف الأجزاء لأنها تعتمد على رقيقة, مادة غير مدعومة.

• يصلح: لتراكيب أكثر حدة من 45 درجة, أضف هياكل الدعم. لأجزاء FDM, استخدم "دعم الأشجار" (يسهل إزالتها وتركها بقايا أقل). لأجزاء SLA, استخدام الدعم القابل للذوبان (لا يلزم الصنفرة اليدوية).

خطوة 2: قم بضبط إعدادات الطباعة ثلاثية الأبعاد للقوة

حتى الجزء المصمم جيدًا سيفشل إذا كانت إعدادات الطباعة الخاصة بك خاطئة. ركز على هذه الإعدادات الحرجة الأربعة لتعزيز القوة:

1. ملء كثافة & نمط (الهيكل الداخلي يهم)

ملء كثافة هي النسبة المئوية للمواد داخل الجزء (0% = جوفاء, 100% = صلبة). ملء نمط هو الهيكل الداخلي (على سبيل المثال, قرص العسل, مثلث).

• للنصيحة: تحتوي أنماط قرص العسل على أفضل نسبة قوة إلى وزن-استخدمها للأجزاء التي يهم الوزن فيها (على سبيل المثال, إطارات الطائرات بدون طيار). الأنماط المستطيلة أقوى ولكنها أثقل - على الأجزاء التي لا تحتاج إلى أن تكون الضوء.

مثال: طبع فريق الروبوتات مع التروس PLA مع 30% ملء قرص العسل. جردت التروس بعد 100 الدورات. زيادة ملء ل 70% مع نمط مستطيل ، دع التروس تعمل من أجل 1,000+ الدورات دون أضرار.

2. التوجيه جزء (استفادة من الترابط طبقة)

3D الأجزاء المطبوعةأقوى في الطائرة X-Y (بالتوازي مع لوحة البناء) من المحور z (رَأسِيّ). وذلك لأن الترابط الجزيئي بين الطبقات في المستوى X-Y أقوى بكثير من الالتصاق بين الطبقات المكدسة.

• قاعدة: أجزاء توجيه حتى يحمل الحمل الرئيسي على مستوى X-Y. على سبيل المثال:
  • اطبع قوسًا بحيث توجد ثقوبها المتصاعدة في مستوى X-Y (ليس عمودي).
  • طباعة شعاع أفقيا (محور X-Y) بدلا من عموديا (محور z)- سيحتفظ بوزن أكثر من 2 إلى 3 أضعاف.

نتيجة الاختبار: اختبر مختبر عوارض PETG متطابقة: مطبوع أفقيا (x و) وواحد عمودي (ض). عقدت الشعاع الأفقي 80 كجم قبل الانهيار; العمودي كسر في 30 كجم.

3. سمك القشرة (الحماية الخارجية)

الصدَفَة هو الجدار الخارجي للجزء. القشرة السميكة تضيف قوة وتمنع التكسير.

• توصية FDM: لأجزاء الحمل, ضع سمك القشرة على 3-4x قطر الفوهة (على سبيل المثال, 3 م. م. قذيفة ل 1 فوهة مم). للأجزاء غير الحرجة, 2x قطر الفوهة يكفي.
• SLA/SLS ملاحظة: تستخدم معظم الطابعات القائمة على الراتنج/ المسحوق الحد الأدنى 1 ملم شل. زيادة إلى 1.5-2 مم يعزز مقاومة التأثير من قبل 40%.

4. ارتفاع الطبقة (أصغر = أقوى)

ارتفاع الطبقة هو سمك كل طبقة مطبوعة. الطبقات الأصغر تعني المزيد من الطبقات - وتصاق أفضل بينها.

• الأفضل للقوة: استخدم ارتفاعات الطبقة من 0.15 إلى 0.2 مم ل FDM (مع 0.4 فوهة مم). ل SLA, 0.05-0.1 مم الطبقات تعمل على تحسين الانتهاء من السطح والقوة.
• التنازل عن ميزة ممن أجل الحصول على أخرى: تستغرق الطبقات الأصغر وقتًا أطول للطباعة - سرعة التوازن والقوة بناءً على احتياجاتك.

خطوة 3: ما بعد المعالجة لتعزيز القوة & متانة

يحول ما بعد المعالجة أجزاء مطبوعة ثلاثية الأبعاد "جيدة" إلى أجزاء "رائعة". هذه التقنيات الأربعة تضيف قوة, تحسين الانتهاء من السطح, وحتى محاكاة الخصائص المعدنية.

1. الصلب (تخفيف التوتر الداخلي)

الصلب يسخن الجزء إلى أقل بقليل من نقطة الانصهار, ثم دعه يبرد ببطء. هذا يخفف من الضغط الداخلي (بسبب التبريد غير المتكافئ أثناء الطباعة) ويجعل الجزء أكثر صلابة.

• مواد مناسبة: جيش التحرير الشعبى الصينى, حيوان أليف, السلطة الفلسطينية 12 (نايلون), القيمة المطلقة. تجنب الصلب مواد مرنة مثل TPU (يفقدون المرونة).
• كيف تفعل ذلك: لجيش التحرير الشعبي, تسخين إلى 60-70 درجة مئوية ل 30 دقائق, ثم تبرد إلى درجة حرارة الغرفة 2 ساعات. للسلطة الفلسطينية 12, تسخين إلى 120-130 درجة مئوية ل 1 ساعة.

نتيجة: مهندس ترد من جيش التحرير الشعبى الصيناء. زادت قوة شد التروس 25%, ولم يعودوا مشوهين في بيئات دافئة.

2. الطلاء الكهربائي (إضافة قوة تشبه المعدن)

الطلاء الكهربائي انخفض الجزء في محلول الملح المعدني (على سبيل المثال, النيكل, نحاس) ويستخدم الكهرباء لتغطيتها بطبقة معدنية رقيقة.

• فوائد: يضيف القوة, يحسن الموصلية, ويعطي الجزء نظرة معدنية. إنها أرخص من الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد (على سبيل المثال, DMLS) للأجزاء المعدنية غير الحرجة.
• ملاحظة رئيسية: لا يزال جوهر الجزء البلاستيك-لا يستخدم الأجزاء المطلية في بيئات عالية الحرارة (فوق نقطة تليين البلاستيك).
• خطوة الإعدادية: يحتاج الجزء إلى تمهيدي موصل (عادة الجرافيت) قبل الطلاء.

مثال: شركة موصلات USB راتنجات SLA المطلية بالتكنولوجيا مع النحاس. كان للموصلات المطلية نفس الموصلية مثل الموصلات المعدنية ولكن التكلفة 60% أقل لجعل.

3. طلاء الراتنج (أضف المتانة)

الايبوكسي أوراتنج البوليستر معاطف الجزء, ملء الفجوات وإضافة بقوة, طبقة واقية.

• الايبوكسي: الأفضل للأجزاء التي تحتاج إلى أقصى قدر من المتانة (على سبيل المثال, أداة الأداة). إنه مقاوم للماء ومقاوم للمواد الكيميائية. تجنب ذلك للأجزاء التي تحتاج إلى حواف حادة (الايبوكسي ينعم التفاصيل).
• راتنج البوليستر: أرق من الايبوكسي - مثيل للأجزاء المعقدة ذات التفاصيل الدقيقة. يصلب في 5 دقائق وتجف بالكامل 24 ساعات.

استخدام الحالة: مراوح قارب ABS المطبوعة من الهواة البحرية. المراوح متصدع في المياه المالحة. طلاءهم مع الايبوكسي جعلهم مقاومًا للماء ومقاوم للأثر-لقد استمروا 6 شهور بدون أضرار.

4. تعزيز ألياف الكربون (القوة الشديدة)

مضيفاألياف الكربون (أو الألياف الزجاجية) إلى الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد تخلق مادة مركبة مع نسبة استثنائية للوزن.

• طريقتين:
  1. تعزيز الألياف القصير: امزج ألياف الكربون المفروم في اللدائن الحرارية (على سبيل المثال, cf-pla, cf-nylon) قبل الطباعة. هذه المواد أقوى بنسبة 30-50 ٪ من البلاستيك العادي.
  2. تعزيز الألياف المستمر: استخدم طابعة ثنائية الأسماك لوضع خيوط ألياف الكربون المستمرة أثناء الطباعة. هذا هو الأفضل للأجزاء العالية (على سبيل المثال, أذرع الطائرات بدون طيار, إطارات الدراجة).

دراسة حالة: شركة دراجة مطبوعة CF-NELON مع تعزيز الألياف المستمر. المقاود عقدت 300 كيلوغرام من القوة - الاسامي كمقابض من الألومنيوم - ولكن وزنه 40% أقل.

وجهة نظر Yigu Technology حول الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد

في Yigu Technology, نعتقد3D الأجزاء المطبوعة تصل إلى إمكاناتهم الكاملة عند التصميم, إعدادات, والعمل بعد المعالجة معًا. يركز الكثير من العملاء فقط على اختيار المواد, الإصلاحات السهلة المفقودة مثل إضافة الأضلاع أو الصلب. لقد ساعدنا في زيادة صانع الأجهزة الطبية 12 جزء القوة بواسطة 35% مع إضافات فيليه بسيطة, وشركة الطائرات بدون طيار قطعت وزنها 20% باستخدام تعزيز ألياف الكربون. سواء كنت تطبع النماذج البلاستيكية أو الأجزاء المعدنية الوظيفية, تعديلات صغيرة تحدث فرقًا كبيرًا. نحن نعمل مع العملاء لتكييف الحلول-من الشيكات الهندسية إلى ما بعد المعالجة-لضمان تلبية الأجزاء من احتياجات قوتها وأداءها الدقيقة.

التعليمات

1. هل يمكنني جعل أجزاء PLA قوية بما يكفي للاستخدام الحامل?
   نعم! مع التعديلات الصحيحة: أضف شرائح 2-3 مم, استخدم ملء مستطيلة 60-70 ٪, تعيين أ 3 ملم شل (ل 0.4 فوهة مم), ويصل الجزء. يمكن أن يحمل جزء PLA المحسن بشكل صحيح من 50 إلى 100 كجم - بما في ذلك لمعظم تطبيقات المستهلكين (على سبيل المثال, أرجل الكرسي, أرفف).
2. هل الطلاء الكهربائي أفضل من الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد للأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد?
   ذلك يعتمد على احتياجاتك. الطلاء الكهربائي أرخص (30-50 ٪ أقل تكلفة) وأسرع للأجزاء التي لا تحتاج إلى النوى المعدنية الكاملة (على سبيل المثال, أجزاء زخرفية, موصلات منخفضة الإجهاد). الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد (DMLS) أفضل للأجزاء المعدنية عالية الضغط (على سبيل المثال, مكونات المحرك) حيث يحتاج الجزء بأكمله إلى أن يكون معدني.
3. كم تؤثر كثافة التعبئة على القوة?
   الكثير - من 20% ل 70% يمكن أن تتضاعف كثافة التعبئة أو ثلاثة أضعاف قوة الجزء. على سبيل المثال, شريحة من جيش التحرير الشعبى الصينى مع 20% ملء الحجز 10 كجم; نفس القوس مع 70% ملء الحجز 35 كجم. لكن لا تبالغ في ذلك - 100 ٪ تعبئة يضيف الوزن ووقت الطباعة دون زيادة قوة كبيرة (70-80 ٪ غالبًا ما يكون كافيًا للأجزاء عالية الضغط).