Designregler for 3D-printing – hva DfAM betyr
DfAM, design for additive manufacturing, betyr at delen konstrueres etter hvordan den bygges opp. I FDM legges smeltet plast i strenger, lag på lag. Hvert lag hviler på laget under. Det gir frihet til å lage former som er umulige å frese, men også begrensninger som en CNC-konstruktør ikke er vant til.
Den gode nyheten er at kompleksitet nesten ikke koster noe ekstra. En indre kjølekanal, et integrert hengsel eller en organisk form tar omtrent like lang tid å printe som en enkel boks med samme volum. Det som styrer tid og pris, er først og fremst materialvolumet, høyden og mengden støtte. Verdiene nedenfor gjelder en vanlig dyse på 0,4 mm og lagtykkelser på 0,1–0,3 mm. Andre dyser og materialer gir andre verdier – se dem som et utgangspunkt.
Overheng og broer
Et overheng opp til omtrent 45° fra loddlinjen kan printes uten støttemateriale. Brattere enn det henger strengene fritt, og flaten blir dårlig. Støttemateriale fungerer, men etterlater merker og koster tid og materiale.
Konstruer derfor med 45° i tankene. Erstatt horisontale tak med faser på 45°, og bruk fasede kanter i stedet for avrundinger på undersiden. En avrunding på undersiden starter med et nesten horisontalt overheng – en fase printes rent.
En bro er en horisontal streng mellom to støtter. Korte broer på 10–20 mm går ofte bra med riktig viftekjøling, mens lengre broer krever tester eller støtte. Planlegg hullbilder og vinduer slik at broene blir korte.
Veggtykkelse og detaljer
Veggtykkelsen bør være et multiplum av strengbredden. Med en dyse på 0,4 mm og en strengbredde på omtrent 0,42–0,45 mm gir to strenger rundt 0,8–0,9 mm og tre strenger rundt 1,2–1,35 mm. En vegg på 1,0 mm gir i stedet to strenger og et smalt fyll som kan bli svakt.
En veiledende verdi er minst 1,2 mm for vegger som skal bære last, og 0,8 mm for lette deksler. Små detaljer under omtrent 0,8 mm i XY-retningen blir utydelige eller forsvinner. Tekst som skal kunne leses, bør være minst 0,5 mm dyp eller høy og ha linjer på minst 0,4–0,5 mm.
Fyllgraden påvirker styrken mindre enn man tror. Flere yttervegger gir ofte mer styrke per gram enn tettere fyll.
Klaring, pasninger og hull
Deler som skal passe sammen, trenger konstruert klaring. En veiledende verdi er 0,2–0,4 mm total klaring for deler som skal gli eller monteres for hånd, og 0,1–0,2 mm for tettere pasninger. Bevegelige deler som printes sammensatt, trenger ofte 0,4–0,5 mm. Lag gjerne en liten testbit med ulike klaringer før hele delen printes.
Vertikale hull blir typisk 0,1–0,3 mm for små, fordi strengen presses innover i kurven. Legg til klaring i modellen eller bor opp hullet etterpå. Horisontale hull har et overheng i taket. Gi dem en dråpeform eller et flatt tak med 45° faser opp til det, så printes de uten støtte.
Gjenger under M6 blir sjelden bra rett i plast. Mer om toleranser i guiden toleranser og pasninger.
Skrueforbindelser og gjengeinnsatser
For skruer som skal skrus inn og ut flere ganger, er gjengeinnsatser i messing det beste valget. De varmes inn i et forberedt hull med en loddebolt eller et eget verktøy. Hullets diameter og dybde skal følge innsatsprodusentens mål, fordi de varierer mellom merker.
Legg minst 1,5–2 mm vegg rundt innsatsen og et par ekstra yttervegger i området. Selvgjengende plastskruer fungerer også, med et hull som er litt mindre enn skruens kjernediameter. For enkeltmontering holder det med en mutter i en sekskantlomme – den er billig og svært sterk.
Orientering og anisotropi
FDM-deler er svakest mellom lagene. Belastes delen slik at lagene trekkes fra hverandre – i Z-retningen – kan styrken bli langt lavere enn i XY-planet. Orienter derfor delen slik at den viktigste lasten går langs lagene, ikke på tvers av dem.
Et eksempel: en vinkelkonsoll som printes stående, får lagskjøter akkurat i hjørnet der spenningen er størst. Printet liggende på siden får den strenger som går rundt hjørnet, og blir mye sterkere.
Orienteringen påvirker også overflate, målnøyaktighet og behov for støtte. Flater som ligger mot byggeplaten, blir plane og nøyaktige. Flater som bygges vertikalt, får synlige lag. Noen ganger er det best å dele delen og printe halvdelene i hver sin orientering.
Velg materiale etter bruk
PLA er stivt, lett å printe og målnøyaktig, men mykner allerede rundt 55–60 °C. Det passer til prototyper, fiksturer innendørs og modeller. PETG er seigere, tåler fukt og kjemikalier bedre og klarer omtrent 70 °C. Det er et godt standardvalg for funksjonsdeler innendørs.
ASA tåler UV-lys og vær og klarer rundt 90–95 °C. Det passer til deler utendørs og i kjøretøy. PA (nylon) er seigt og har god slitestyrke, men trekker fukt og må tørkes. PC tåler høye temperaturer, over 100 °C, og er stivt. TPU er fleksibelt og brukes til pakninger, dempere og grep.
Karbonfiberforsterkede varianter av PETG, PA og andre materialer gir høyere stivhet, men er sprøere og sliter på dysen. Verdiene er veiledende og varierer mellom produsenter. Les mer om konstruksjon for additiv produksjon.
Vanlige feil og store deler
Den vanligste feilen er å konstruere som for sprøytestøping eller fresing: horisontale tak, skarpe innvendige hjørner og trange pasninger uten klaring. En annen er tynne vegger på 1,0 mm som ikke passer strengbredden, eller lange tynne stifter som brekker langs lagene.
Andre feil er å legge tekst og logoer på overhengende flater og å glemme hvordan støtten skal fjernes. Mange velger også PLA til en del som skal sitte i en bil om sommeren. Gå gjennom sjekklisten nedenfor før du sender en fil til printing – den fanger de fleste problemene.
Deler som er større enn byggevolumet, deles i flere biter. Plasser skjøten der den synes minst og belastes minst. Bruk styretapper, svalehaler eller overlappende falser, slik at bitene havner riktig ved liming eller skruing.
Deling kan også være en måte å få bedre orientering og mindre støtte på. Vi konstruerer for 3D-printing hver dag og printer delene selv. Send modellen din, så går vi gjennom den, eller les om prototyper med 3D-printing.
Materialer for FDM – veiledende verdier
| Materiale | Egenskaper | Varmebestandighet (veiledende) | Typisk bruk |
|---|---|---|---|
| PLA | Stivt, målnøyaktig, lett å printe | ca. 55–60 °C | Prototyper, fiksturer innendørs, modeller |
| PETG | Seigt, tåler fukt og mange kjemikalier | ca. 70 °C | Funksjonsdeler, kapslinger, holdere |
| ASA | UV- og værbestandig | ca. 90–95 °C | Deler utendørs og i kjøretøy |
| PA (nylon) | Seigt, slitesterkt, fuktfølsomt | ca. 80–120 °C avhengig av type | Tannhjul, glidende deler, klemmer |
| PC | Stivt, slagfast, varmebestandig | over 100 °C | Deler nær varme, tekniske komponenter |
| TPU | Fleksibelt, gummiaktig | ca. 60–80 °C | Pakninger, dempere, grep |
Varmebestandighet er oppgitt som omtrentlig mykningstemperatur under lett last. Verdiene varierer mellom produsenter og printinnstillinger.
Sjekkliste: designregler for 3D-printing
- Overheng høyst omtrent 45° uten støtte
- Faser i stedet for avrundinger på undersiden
- Vegger som multiplum av strengbredden, minst 1,2 mm for last
- Klaring 0,2–0,4 mm for monterte deler
- Vertikale hull kompensert eller boret opp
- Horisontale hull med dråpeform eller flatt tak
- Gjengeinnsatser for skrueforbindelser som åpnes ofte
- Orientering etter hovedlasten – ikke på tvers av lagene
- Materiale valgt etter temperatur, UV og fukt
- Store deler delt med styring ved skjøten
Vanlige spørsmål
Hvor mye klaring skal jeg ha mellom 3D-printede deler?
En veiledende verdi er 0,2–0,4 mm total klaring for deler som skal monteres for hånd. Tettere pasninger kan fungere med 0,1–0,2 mm. Print gjerne en testbit med ulike klaringer først, fordi resultatet avhenger av materiale og innstillinger.
Hvilken veggtykkelse trengs ved 3D-printing?
Gjør veggene til et multiplum av strengbredden, for eksempel 0,8–0,9 mm eller 1,2–1,35 mm med en dyse på 0,4 mm. Lastbærende vegger bør være minst 1,2 mm. Flere yttervegger gir mer styrke enn tettere fyll.
Hvorfor går 3D-printede deler i stykker mellom lagene?
Bindingen mellom lagene er svakere enn selve strengene. Belastes delen i Z-retningen, kan den sprekke langs en lagskjøt. Orienter delen slik at lasten går langs lagene.
Hvilket materiale skal jeg velge for en del utendørs?
ASA er et godt valg utendørs, fordi det tåler UV-lys og varme bedre enn PLA og PETG. PLA mykner allerede rundt 55–60 °C og passer ikke i solen. For fleksible deler utendørs kan TPU fungere.