強力なプリント用のFDM 3D印刷: 完全な最適化ガイド

FDM (融合モデリング) プロトタイプ用の3D印刷技術です, 機能部品, そして、低容量の生産 - しかし、弱いプリントは一般的なフラストレーションです. あまりにも頻繁に, FDM部品はストレスの下で壊れます, 印刷中にワープ, または、毎日の使用に耐えられない. 良いニュース? 適切な材料の選択肢があります, デザインの微調整, プロセス調整, 作成できます 強力なFDMプリント そのライバルのCNCマシンプラスチック部品. このガイドは、FDMの印刷強度を高めるための実用的な戦略を分解します, 実際のデータに裏付けられています, ケーススタディ, 業界のベストプラクティス.

なぜFDMプリントには強度が欠けているのか (そしてそれを修正する方法)

ソリューションに飛び込む前に, FDMプリントが弱さを発生しやすい理由を理解しましょう. 根本原因は単純で、修正可能です:

1. 層結合ギャップ: FDMは、レイヤーごとに部品層を構築します, しかし、溶融フィラメントが以下のレイヤーに完全に融合しない場合, 小さなギャップフォーム. これらのギャップは、ストレスの下でブレークポイントとして機能します.
2. Z軸の弱さ: FDM部品はX-Y軸で最も強いです (印刷層に沿って) しかし、Z軸で最も弱い (レイヤー間). この異方性は、垂直に引っ張られると、部分がしばしばスナップすることを意味します.
3. 材料の選択が悪い: 低強度フィラメントを使用します (基本的なプラのように) 負荷をかける部品の場合、障害が保証されます.
4. デザインの欠陥: 薄い壁, 鋭い角, または不適切なオーバーハングは、部分を弱めるストレス集中を生成します.

例: 愛好家が後にスナップしたPLAツールハンドルを印刷しました 5 用途. 問題? 薄い0.8mmの壁と層の厚い結合 (ノズル温度が低いため). PETGに切り替え、壁を1.5mmに肥厚することにより, ハンドルは続きました 100+ 用途.

ステップ 1: 強度のために適切なフィラメントを選択してください

最初 (そして最も重要です) 強力なFDMプリントへのステップは、高強度のフィラメントを選ぶことです. すべてのフィラメントが等しいわけではありません。柔軟性のために設計されたものもあります, 他の人は耐久性を優先します. 以下は、最強のFDMフィラメントの内訳です, 彼らの重要な特徴, そして最良の用途:

ケーススタディ: ロボットチームには、強力なドローンアームが必要でした. 彼らはPLAをテストしました (最初のクラッシュで壊れた), PETG (続いた 3 クラッシュ), およびPC (生き残った 10+ クラッシュ). PCはPLAよりも2倍高価でしたが、フィールドテストに必要な耐久性を提供しました.

ステップ 2: 最大の強度のために設計を最適化します

最強のフィラメントでさえ、悪いデザインを修正することはできません. これらに焦点を当てます 6 弱点を排除し、印刷強度を高めるための設計ルール:

1. 適切な壁の厚さを使用します (薄すぎたり厚すぎたりしないでください)

薄い壁が反りまたは壊れます; 厚い壁は廃棄物を廃棄し、内部ストレスを引き起こします. これらのガイドラインに従ってください:

• 最小壁の厚さ: 1.0–1.5mm (または、ノズルの直径3倍 - g。, 1.20.4mmノズルのMM). これにより、壁が反ストレスに耐えるのに十分なほど厚くなります.
• 内部構造: aを使用します クロスメッシュインフィル (しっかりしていません) 強さのために. 50〜70％の充填密度のバランスと材料の使用 - 固体充填は体重を増加させますが、余分な強度はほとんどありません.

データポイント: 1.5mmの壁 60% インフィルは、0.8mmの壁よりも3倍強いです 100% インフィル (3D印刷オタクによるテスト).

2. 部品の方向を応力方向に合わせます

FDM部品はZ軸で最も弱いです, したがって、より強いx-y軸にストレスをかけるためにあなたの部分を向けてください.

• 経験則: 壊れやすい機能を印刷します (例えば。, ハンドル, ブラケット) ビルドプレートに平行. これにより、X-Y軸に沿ってストレス作用が保証されます (レイヤーラインは分離しません).
• 例: 垂直に印刷されたドアヒンジ (z軸) レイヤーラインでスナップします. 水平に印刷 (x-y軸), 壊れずに曲がります.

実世界のテスト: ミシガン工科大学による調査では、水平に印刷されたABSブラケットが8kgの重量を保持できることがわかりました。. 3垂直に印刷されたもののkg.

3. フィレットとチャンファーを追加して、ストレス集中を減らします

鋭い角は応力磁石として機能します。これらは亀裂が始まる場所です. シャープなエッジを置き換えます:

• 切り身: 丸いエッジ (半径=壁の厚さ) ストレスを均等に分配します.
• シャンファー: 角度のあるエッジ (45°) 切り身が収まらない部品で働きます (例えば。, タイトなスペース).

例: 鋭い角を持つ3DプリントPLAツールが20nの力で壊れました. 1mmの切り身を追加すると、45nに耐えることができます。.

4. サポートされていないオーバーハングを避けてください (彼らはプリントを弱めます)

オーバーハング (サポートなしで突き出ている機能) たるみと弱い層結合を引き起こします. それらを修正します:

• オーバーハングアングルを制限します: 角度を45°未満に保ちます。サポートは必要ありません. 45°を超える角度にはサポートが必要です (簡単に削除するためにツリーのようなサポートを使用します).
• オーバーハングにチャンファーを追加します: 60°のオーバーハングの30°面取りは、たるみを減らし、層結合を改善します.

コストの影響: サポートされていないオーバーハングが導きます 30% より多くの失敗したプリント (Xometryごと 2023 FDMレポート) - フィラメントと時間を浪費します.

5. 補強にはボスと補強材を使用します

余分な強度が必要な部品の場合 (例えば。, ネジマウント, ブラケット), 追加:

• ボス: ネジ用の円柱状の上げ断面 - 直径はネジのサイズに一致する必要があります (例えば。, 5M3ネジのMMボス).
• 補強材: 薄い, 垂直リブ (1–2mm厚) それは弱い領域を強化します (例えば。, ブラケットのベース).

例: 補強材を備えた3DプリントされたABSシェルフブラケットは15kgを保持しています. 8補強材のないブラケット用のkg.

6. 適切なクリアランスを備えた交配部品を設計します

あなたの部品が別の部分に適合する場合 (例えば。, ふたと容器), クリアランスが少なすぎると結合が発生します; 多すぎるとゆるくなります. 強いために, 機能的適合:

• 干渉が適合します (タイトフィット, 例えば。, プレスフィットピン): 0.15mmクリアランスを使用します.
• スライドフィット (可動部品, 例えば。, ヒンジ): 0.2〜0.3mmのクリアランスを使用します.

ヒント: 最初にテストピースを印刷します-FDM許容範囲はプリンターによって異なります, 必要に応じてクリアランスを調整します.

ステップ 3: より強力な層結合のためにFDMプリンター設定をチューニングします

プリンターの設定がオフになった場合、完璧なデザインでも失敗します. これらに焦点を当てます 5 層結合を改善するための設定 (Z軸強度の鍵):

1. ノズル温度 (融合にとって重要です)

低すぎる=層結合が悪い; 高すぎる=ひもと反り. これらのターゲット温度を強力なプリントに使用してください:

例: 210°CでPETGを印刷したユーザー (低すぎる) - レイヤーは簡単に剥がれました. 240°Cの固定結合に増加します, そして、その部分は50nの力に耐えました.

2. 層の高さ (Thinner =より強い結合)

薄い層は、レイヤー間のより多くの接触を意味します. 目指してください:

• 層の高さ: 0.15–0.2mm (0.4mmノズルの場合). 薄いレイヤー (0.1mm) 強くなっていますが遅いです; 厚い層 (0.3mm) より速いが弱いです.

データポイント: ALL3DPによるテストは、0.15mmの層があることを示しています 20% PETGの0.3mm層よりも強い.

3. 浸潤密度とパターン

インフィルは内部強度を追加します。右密度とパターンを選択します:

• 密度: 50–70％機能部品. 100% 過剰です (重量を追加します, 強さではありません).
• パターン: グリッド または ガイロイド パターンは、ハニカムまたは直線よりも強いです. ガロイドはより複雑ですが、ストレスを均等に分配します.

例: a 60% ガイロイドインフィルABS部品は12kg — vsを保持しています. 8kg for 60% ハニカムインフィル.

4. 印刷速度 (遅い=より良い結合)

高速印刷により、層の結合が減少します:

• 境界速度: 30–50 mm/s (遅い=より滑らかな壁, より良い結合).
• 充填速度: 40–60 mm/s (境界よりも速い, しかし、速すぎません).

ヒント: 「coastinging」を使用する (周囲の終了前に押し出しを停止します) 遅くすることなく弦を減らすため.

5. 撤回 (弦を最小限に抑えます, 結合ではありません)

リトラクションは、弦の防止のためにフィラメントを引き戻しますが、撤回が多すぎるとレイヤー間にギャップが作成されます. 使用:

• 収縮距離: 2-4mm (ダイレクトドライブプリンター用); 4–6mm (ボーデンプリンター用).
• 撤回速度: 20–40 mm/s.

警告: 撤回が多すぎます (例えば。, 8mm) 排出量下および弱い層を引き起こします.

ステップ 4: 強度を高めるための後処理

後処理は、FDMプリントに20〜50％の強度を追加する可能性があります. これらを試してください 3 方法:

1. 熱処理 (アニーリング)

アニーリングは、フィラメントのガラス遷移温度のすぐ下にプリントを加熱します, 内部応力の減少と層結合の改善.

• それをする方法:

1. オーブンをフィラメントのTGの下に10〜20°Cに予熱します (例えば。, 70PETGの°C, 90ABSの°C).
2. プリントを天板に30〜60分間加熱する.
3. ゆっくりと冷ましてください (オーブンをオフにして、ドアを少し開いたままにします).

結果: アニールされたPETGプリントはそうです 30% 非顕著なものよりも強い (3Dハブによるテストごと).

2. 化学滑らか (ABSとPLA用)

化学的な滑らかは、印刷の表面を溶かします, レイヤー間のギャップを埋め、より強く作成します, より滑らかな仕上げ.

• 腹筋: アセトン蒸気を使用します - 印刷物を密閉容器にアセトンで置きます (10–15分).
• プラ: 酢酸エチルを使用します (5〜10分間浸します).

注意: 換気の良いエリアで働く - 化学者は可燃性です.

3. エポキシコーティング (最大の強度のため)

エポキシでプリントをコーティングすると、ハードが追加されます, 強度を向上させる保護層 - 負荷をかける部品のための偉大なもの.

• それをする方法:

1. プリントを軽く塗ります (200-グリットサンドペーパー) 表面を粗くします.
2. エポキシの薄い層を適用します (例えば。, 5-微小エポキシ) ブラシ付き.
3. 治療しましょう 24 時間.

例: エポキシコーティングされたPLAブラケットは10kg — VSを保持しています. 4コーティングされていないkg.

実世界のケース: ロボット群の強力なFDMプリント

学生チームには強いものが必要でした, 競争ロボットの軽量アーム. 上記の戦略を使用して成功した印刷を作成する方法は次のとおりです。:

1. フィラメントの選択: ナイロンPA12 (高強度, 耐摩耗性).
2. デザイン: 1.5mm壁, 60% ガイロイドインフィル, すべてのコーナーの切り身, 腕の長さに沿った補強材.
3. プリンター設定: 260°Cノズル, 80°Cベッド, 0.2MM層の高さ, 40 mm/s周辺速度.
4. 後処理: 80°Cでアニールされました 45 分.

結果: 腕の重量は150gで、5kgを持ち上げました (33x独自の重み) - それは壊れることなく競争全体を生き延びました.

強力な印刷のためのFDM 3D印刷に関するYiguテクノロジーの視点

Yiguテクノロジーで, 私たちは、クライアントが3つの柱に焦点を合わせて強力なFDMプリントを作成するのを支援します: 材料の選択, 設計最適化, および設定チューニング. 機能部品用, PETGまたはナイロンをお勧めします (強さとコストのバランス) クライアントに壁を厚くするように導きます, 方向をストレスに合わせます, 50〜70％のインフィルを使用します. また、重要な部品の強度を高めるためにアニーリングおよびエポキシコーティングサービスも提供しています. 私たちのチームは、ストレステストで印刷をテストします (引張, 曲げ) 彼らがクライアントのニーズを満たすことを確実にするために - 当てはまりません. 私たちのために, 強力なFDMプリントはテクノロジーだけではありません。彼らは適切なツールを組み合わせることです, デザイン, 機能する部品を配信するプロセス.

強力なプリント用のFDM 3D印刷に関するFAQ

1. PLAは強力なFDMプリントに使用できます?

基本的なプラは弱いです, しかし 高強度PLAブレンド (例えば。, ガラス繊維付きPLA+) 軽量の部品には十分に強いことがあります (例えば。, 小さなブラケット). 重い荷重をかける部品の場合, PETGに切り替えます, 腹筋, またはナイロン - 基本的なPLAよりも2〜3倍強いです.

2. 強力なFDMプリントが保持できる最大重量は何ですか?

フィラメントに依存します, デザイン, および設定. よく最適化されたPCプリント (100mm x 20mm x 5mm) 20〜30kgを保持できます. 適切なインフィルとアニーリングを備えたナイロンギアは、5〜10kgのトルクを処理できます. 使用前に特定の負荷で常に印刷をテストしてください.

3. 強力なFDMプリントには後処理が必要です?

いいえ - グッドのデザインと設定は、後処理なしで強力なプリントを作成できます. しかし、後処理 (アニーリング, エポキシ) 20〜50％の強度を追加します, 重要な部品には価値があります (例えば。, ロボットアーム, ツールハンドル). 非批判的な部分の場合 (例えば。, プロトタイプ), 後処理をスキップして時間を節約します.