Руководство по дизайну 3D -печати FDM: Основные советы для термопластичных деталей

Моделирование сплавленного осаждения (ФДМ) Остается одна из наиболее доступных и универсальных технологий 3D -печати для создания термопластичных частей. От функциональных прототипов до пользовательского инструмента и малого мастерства, FDM предлагает доступное решение с широким спектром вариантов материала. Однако, Достижение высококачественных результатов требует понимания его уникальных возможностей и ограничений. Это всеобъемлющее руководство разделяет проверенные стратегии проектирования, которые помогут вам создать более сильные, более надежные отпечатки FDM, избегая общих ловушек, которые приводят к неудачам, напрасно тратить, и разочарование.

Понимание оснований технологий FDM

Прежде чем погрузиться в специфику для дизайна, Важно понять, как работает технология FDM и почему важный выбор дизайна имеет значение. FDM - также известный как изготовление плавленого нити (FFF)- Соединения части слоя за слоем путем вытягивания расплавленного термопластика через нагретое сопло.. Как каждый слой остывает и затвердевает, он связывается со слоем ниже, Постепенно формируя полный 3D -объект.

Это строительство по слону создает как возможности, так и проблемы:

• Дизайн свободы: Сложная геометрия, внутренние каналы, и пользовательские функции возможны без дорогого инструмента
• Анизотропные свойства: Части имеют различные характеристики прочности в разных направлениях (слабее в оси Z)
• Требования к адгезии слоя: Правильное соединение между слоями имеет решающее значение для общей силы
• Тепловые соображения: Усадка материала во время охлаждения может вызвать деформацию и искажения

Популярность FDM связана с его доступностью-принтеры Desktop начинаются всего за несколько сотен долларов-в то время как промышленные системы предлагают большие объемы сборки и высокопроизводительные материалы. Эта универсальность делает FDM подходящим для всего, от быстрых прототипов до функциональных деталей конечного использования в отраслях от аэрокосмической промышленности до потребительских товаров.

Ключевые элементы дизайна для успешных отпечаток FDM

Несколько фундаментальных принципов дизайна составляют основу успешной печати FDM. Эти элементы учитывают присущие технологии ограничения, максимизируя ее сильные стороны.

Оптимизация толщины стенки

Одно из наиболее важных дизайнерских решений включает толщину стенки, который напрямую влияет на прочность части, время печати, и использование материала. Части FDM с слишком тонкими или слишком густыми стенами страдают от предсказуемых проблем:

• Чрезмерно тонкие стены (ниже 0,75 мм) часто деформация, трескаться, или сбой во время печати из -за недостаточной структурной поддержки
• Чрезмерно толстые стены увеличить время печати, отходы, и создавать внутренние напряжения, которые вызывают деформацию как толстые секции, охлаждающие неравномерность

Лучшие практики:

• Поддерживать минимальную толщину стенки 0.75ММ для поддерживаемых стен и 1.00мм для неподдерживаемых стен
• Используйте в три раза диаметр сопла в качестве быстрой ссылки (НАПРИМЕР., 0.4сопла мм = 1,2 мм минимальная стена)
• Для большинства приложений, 1.2–2,0 мм стены обеспечивают наилучший баланс прочности и эффективности материала
• Реализовать одинаковую толщину стенки по всей части, когда это возможно, чтобы предотвратить концентрацию напряжения
• Используйте схемы заполнения поперечного замыкания вместо твердых стен, чтобы уменьшить использование веса и материала при сохранении прочности

Когда требования к дизайну требуют различной толщины стен, Создать постепенные переходы между секциями, чтобы минимизировать внутренние напряжения, которые вызывают деформацию.

Свидец и мосты

Принтеры FDM борются с функциями, которые простираются наружу без достаточной поддержки снизу. Эти свесы и мосты требуют тщательного дизайна, чтобы предотвратить провисание, вьющийся, или полный сбой.

Руководящие принципы свеса:

• Максимальный рекомендуемый угол наступления без поддержки 45° от вертикальной
• Углы круче 45 ° требуют опорных структур для поддержания формы и качества
• Для неподдерживаемых свесов:
• Держите горизонтальное удлинение под 5 мм для углов, приближающихся к 45 °
• Фаска или раунд спрыжни для улучшения печати
• Рассмотрите возможность разделения детали на разделы, которые можно распечатать отдельно и собрать

Мост дизайн:

• Мосты - это горизонтальные пролеты между двумя точками поддержки, в которых отсутствует основная структура
• Держите непрессованную длину моста до 5 мм, когда это возможно
• Для более длинных мостов:
• Добавить структуры поддержки (Съемная после печати)
• Дизайн с небольшой кривой вверх, чтобы противодействовать неизбежному провисанию
• Уменьшите высоту слоя для лучшей точности в критических участках моста

Стратегическая ориентация части часто может превратить проблематичные выступления в управляемые функции, выравнивая их с правилом 45 °.

Минимизация деформации и искажения

Деформация происходит, когда разные части печати охлаждают с разными скоростями, Создание внутренних напряжений, которые вытягивают часть из формы. Эта общая проблема особенно проблематична с такими материалами, как ABS и большие плоские поверхности.

Стратегии профилактики:

• Выбор материала: Выберите материалы с низким содержанием WARP, такие как PLA или PETG вместо ABS, когда это возможно
• Избегайте больших плоских поверхностей: Разбивать обширные плоские зоны со стратегическими вырезами, ребра, или текстурирование
• Добавить филе и фаски: Округлые края снижают концентрацию напряжения и неровное охлаждение
• Используйте адгезионные средства: Проектируйте детали для использования полей, плоты, или юбки, которые улучшают адгезию кровати
• Универстная толщина стенки: Последовательность в стенах способствует ровному охлаждению

Для больших плоских деталей, которые нельзя переработать, Подумайте о добавлении решетки или сетки сетки на нижнюю поверхность, чтобы уменьшить площадь контакта с помощью строительной пластины при сохранении целостности конструкции.

Структура поддержки

В то время как поддержка иногда необходима, Они увеличивают время печати, отходы, и часто оставляют следы на поверхности части при удалении. Стратегический дизайн может минимизировать требования поддержки:

Поддержка оптимизации:

• Ориентационные детали, чтобы уменьшить необходимость поддержки, когда это возможно
• Поместите поддержку вдали от критических поверхностей, чтобы минимизировать пост-обработку
• Для сложной геометрии, Используйте опоры дерева вместо твердых блоков для облегчения удаления
• Рассмотрим растворимые опоры (Когда доступно) Для замысловатых внутренних функций, которые трудно достичь
• Интерфейсы поддержки проектирования с небольшими точками контакта (3–5 мм диаметр) Чтобы уменьшить повреждение поверхности

Когда опоры неизбежны, позиционируйте их на некосметические поверхности или области, которые в любом случае будут пост обработки. Идеальная структура поддержки обеспечивает необходимую стабильность, будучи легко удалять, не повреждая деталь.

Ориентация частично для силы и качества

Ориентация печати значительно влияет на производительность части FDM., Качество поверхности, и требования поддержки. Потому что детали FDM являются анизотропными (Сила зависит от направления), Ориентация напрямую влияет на то, насколько хорошо деталь работает под нагрузкой.

Силовые соображения

• Части FDM наиболее сильны в плоскости XY (горизонтальный) Где адгезия слоя не является фактором
• Ось Z. (вертикальный) является самым слабым направлением из -за потенциального разделения слоя
• Критический дизайн подход: Ориентационные детали так, чтобы первичное направление нагрузки соответствовало плоскости XY
• Для несущих компонентов, Совместите направление максимального напряжения с плоскостью XY

Поверхностная оптимизация

• Видимые линии слоя наиболее заметны на изогнутых и угловых поверхностях
• Поверхности вверх, как правило, имеют лучшее качество отделки, чем вертикальные поверхности
• Чтобы минимизировать “Эффект лестницы” на изогнутых поверхностях:
• Ориентированные изогнутые особенности, чтобы минимизировать углы по сравнению с горизонтальными слоями
• Используйте меньшие высоты слоя (0.1–0,2 мм) Для косметических поверхностей
• Избегайте мелких углов (менее 10 ° от горизонтального) которые преувеличивают линии слоя

Практические стратегии ориентации

• Положение отверстий вертикально (вдоль оси Z.) Чтобы обеспечить округлость и уменьшить потребности в поддержке
• Поместите маленький, Деликатные функции в плоскости XY, где они с меньшей вероятностью будут ломаться во время печати
• Ориентироводы, чтобы оставаться в пределах неподдерживаемого правила 45 °
• Для собраний, Печать компонентов спаривания в той же ориентации для поддержания постоянных допусков
• Рассмотрим воздействие ориентации на потребности в постобработке (Поддержка удаления, шлифование, и т. д.)

Оптимальная ориентация уравновешивает требования к силе, потребности качества поверхности, и поддерживать минимизацию для вашего конкретного приложения.

Конструкция сборки для отпечатков FDM

Проектирование деталей, которые правильно сочетаются друг с другом, требует понимания размеров FDM и ограничений FDM. В отличие от инъекционного литья, FDM вводит небольшие изменения, которые должны учитываться в конструкции сборки.

Требования к разрешению

Части FDM требуют особых зазоров, чтобы обеспечить правильное соответствие между компонентами спаривания:

Эти зазоры объясняют типичные вариации размеров FDM ± 0,5% (Минимум ± 0,5 мм). Для частей более 100 мм, Рассчитайте зазоры на основе процента, а не фиксированных значений.

Эффективные функции сборки

SNAP FITS

Материалы FDM, такие как PETG и ABS, хорошо работают для сборок с помощью SNAP-FIT, при правильном разработке:

• Сохраняйте минимальную толщину луча 1,0 мм в основании кантилевных снимков
• Включите радиусы у основания (0.5x Толщина луча) Чтобы уменьшить концентрацию стресса
• Углы в сборе конструкции 35–40 ° для легкой вставки
• Сохранить максимальную нагрузку ниже 5% Для повторного использования долговечности
• Для частей PLA (более хрупкий), увеличить толщину и радиусы на 20–30%

Резьбовые соединения

Непосредственно печатные потоки в FDM имеют ограничения, но работают для многих приложений:

• Минимальный рекомендуемый размер потока: M6 (¼ дюйма) для надежной производительности
• Для небольших нитей, Используйте винты самозабитывания вместо печатных резьбов
• Добавить зазор 0,2–0,4 мм между спаривающими потоками
• Проектируйте нити с плоскими гребнями и корнями, а не острыми V-профилями
• Подумайте о использовании вставки для тепловых наборов для высокой прочности, многоразовые потоки

Расположение функций

Включите функции выравнивания, чтобы обеспечить надлежащее позиционирование части:

• Булавки и отверстия (0.5ММ клиренс) для точного выравнивания
• DoveTail Savts для скользящих сборок
• Боссы и углубления для контроля сопряженных поверхностей
• Регистрационные знаки для проверки визуального выравнивания

Стратегии сбора для печати

• Печать компонентов отдельно, а не как одна сборка, когда требуются плотные допуски
• Для сложных сборок, Печать детали в той же ориентации, чтобы поддерживать постоянные размерные отношения
• Подумайте о разработке для связи после сборки со структурными клеями, когда это необходимо, при необходимости
• Включите функции выравнивания, которые делают правильную сборку очевидной и невозможной сборкой невозможной

Небольшие функции и подробные элементы

Ограничения разрешения FDM требуют особого рассмотрения для небольших функций, текст, и замысловатые детали, которые могут не правильно печатать без надлежащего дизайна.

Минимальные размеры функций

Принтеры FDM имеют практические ограничения на самые маленькие функции, которые они могут надежно производить:

При проектировании функций вблизи этих минимумов, Подумайте об использовании материалов с высокой атакой, такими как PLA, который обычно производит более четкие особенности, чем более гибкие материалы.

Текстовые и брендинские элементы

Тисненный или гравированный текст требует особого размера для читаемости для читаемости:

• Используйте жирным шрифтом, SANS-SEARIF ШАРТЫ (Ариал, Век готический, Вердана)
• Минимальный размер шрифта: 6пт (Приблизительно 2 мм высота)
• Поместите текст на верхние поверхности, а не вертикальные стены
• Обеспечить минимальную глубину 0,5 мм для гравированного текста
• Для тисненного текста, Поддерживайте минимальную толщину 0,8 мм для долговечности

Тестовые текстовые функции с небольшим калибровочным принтом перед завершением проектов, Поскольку читаемость может варьироваться между различными принтерами и материалами.

Технические характеристики и ограничения FDM

Понимание технических возможностей FDM обеспечивает реалистичные проектные ожидания и предотвращает разочарование.

Ключевые технические параметры

Эти параметры немного различаются между моделями принтеров и материалами, Поэтому всегда обращайтесь к документации вашего конкретного принтера для точных возможностей.

Материальные соображения

Различные термопластичные материалы ведут себя по -разному в печати FDM:

• Плата: Проще всего печатать, Минимальное деформация, Хорошие детали, Но меньшая теплостойкость
• АБС: Сильнее и гибкий, чем PLA, но склонны к деформации; Требуется подогревая кровать
• Петг: Уравновешивает простоту печати PLA с силой ABS и химической стойкостью
• Нейлон: Отличная сила и гибкость, но требуют закрытых принтеров
• Специальные материалы: Композиты, Пламя-возобновляющий, и высокотемпературные варианты, доступные для промышленных систем

Выбор материала влияет на проектные решения, такие как минимальный размер функции, Потенциал деформации, и параметры после обработки. Всегда дизайн с учетом свойств конкретного материала.

Устранение неполадок с обычными проблемами FDM

Даже при правильном дизайне, Отпечатки FDM могут столкнуться с проблемами, которые связаны с присущими характеристиками технологии. Многие проблемы могут быть предотвращены посредством вдумчивых корректировок конструкции.

Проблемы деформации и измерения

• Нога слона: Расклешенное основание, вызванное начальным сжатием слоя
• Угловой подъем: Адрес, увеличивая адгезию кровати с помощью краев, регулировка толщины стенки, или добавление филе
• Усадка: Минимизировать с равномерной толщиной стенки, Постепенные переходы, и соответствующий выбор материала
• Скручивание: Уменьшить, добавив ребра для стабильности и обеспечивая правильное охлаждение во время печати

Проблемы с качеством поверхности

• Слои линии: Минимизировать, оптимально ориентируя изогнутые поверхности и используя меньшие высоты слоя
• Строка: Дизайн с достаточным расстоянием между отдельными функциями (Минимальный 2 мм)
• Zits/Blobs: Избегайте острых углов, где происходит ретракция; Добавить филе для создания более плавных дорог инструментов
• Провисание мостов: Ограниченные неподдерживаемые пролеты, Сложите кривизну вверх, чтобы противодействовать провисанию

Структурные неудачи

• Разделение слоя: Обеспечить достаточную толщину стенки и избежать резких изменений толщины
• Слабая сила оси Z.: Восточные детали для совместного направления нагрузки с плоскостью XY
• Сломанные маленькие особенности: Увеличить минимальные размеры признаков за пределы абсолютных минимальных требований
• Стрессовые переломы: Добавить филе на всех углах и использовать ребра для распределения напряжения

Перспектива Yigu Technology

В Yigu Technology, Мы признаем FDM как универсальную рабочую лошадку в аддитивном производстве, предлагая доступные возможности для прототипирования и производства. Успех с FDM зависит от проектирования специально для его процесса на основе слоев-оптимизирующей толщины стенки, Управление свесами, и учет различий в силе направления. Следуя этим принципам дизайна, Инженеры и дизайнеры могут использовать экономическую эффективность FDM, достигая деталей с впечатляющей силой и функциональностью. Мы рекомендуем объединить вдумчивый дизайн со знаниями, специфичными для материала, чтобы максимизировать возможности FDM по прототипированию и производственным приложениям.

Часто задаваемые вопросы

1 квартал: Какая толщина идеальной стены для большинства деталей FDM?

А1: Для большинства приложений, 1.2–2,0 мм стены обеспечивают наилучший баланс силы, время печати, и эффективность материала. Используйте не менее 0,75 мм для поддерживаемых стен и 1,00 мм для неподдерживаемых стен, чтобы предотвратить деформацию и сбой.

2 квартал: Как я могу предотвратить деформацию в больших отпечатках FDM?

А2: Минимизировать деформацию, используя соответствующие материалы (PLA или PETG вместо ABS), Избегание больших плоских поверхностей, поддержание универсальной толщины стенки, Добавление филе для снижения концентрации напряжения, и использование полей или плотов для улучшения адгезии постельного.

Q3: Какое минимальное разрешение необходимо между перемещением деталей FDM?

А3: Для скользящих приступов, Поддерживайте зазор 0,2–0,3 мм между спаривающимися частями. Для вращающихся компонентов, таких как петли, Используйте зазор 0,3–0,4 мм. Эти значения объясняют типичные вариации размеров FDM и обеспечить правильную функциональность.