Projektowanie pod druk 3D: nawisy, mosty i podpory
FDM buduje część warstwa po warstwie, a każda warstwa musi mieć na czym się oprzeć. Orientacyjnie nawisy do około 45° od pionu drukują się bez podpór. Bardziej strome powierzchnie wymagają materiału podporowego, który kosztuje czas, materiał i obróbkę, a do tego zostawia gorszą powierzchnię.
Dlatego zmieniamy geometrię tak, aby podpory nie były potrzebne. Fazy 45° zastępują zaokrąglenia od spodu, poziome otwory dostają u góry kształt kropli, a duże płaskie stropy dzielimy żebrami. Proste mosty między dwiema podporami drukują się bez problemu typowo do 10–20 mm. Dłuższe też są możliwe, ale z pewnym ugięciem. Właściwe ułożenie na stole często rozwiązuje więcej niż jakakolwiek zmiana geometrii.
Gdy podpory są jednak potrzebne, umieszczamy je na powierzchniach niewidocznych i niefunkcjonalnych. Podporę można też narysować w modelu jako cienkie, łatwe do odłamania żebra. Daje to lepszą kontrolę niż automatyczne podpory slicera i czystsze powierzchnie.
Grubość ścianek i wielkość detali
Najmniejszą grubość ścianki wyznacza dysza. Przy dyszy 0,4 mm ścieżka ma około 0,4–0,45 mm szerokości, a trwała ścianka powinna mieć 2–3 szerokości ścieżki, czyli 0,8–1,2 mm. Części obciążone dostają 1,6–2,4 mm, co odpowiada czterem do sześciu obrysom. Ścianki rysowane jako dokładne wielokrotności szerokości ścieżki drukują się czyściej, bez cienkich pasm wypełnienia.
W pionie rozdzielczość wyznacza wysokość warstwy, typowo 0,1–0,3 mm. Wysokość 5,1 mm wyjdzie więc jako 5,0 lub 5,2 mm przy warstwie 0,2 mm. Małe otwory poniżej 1–2 mm i tekst o grubości linii poniżej około 0,5 mm wychodzą nieczytelnie. Detale funkcjonalne, które mają być ostre, rysujemy więc z zapasem lub rozwiercamy po druku.
Cienkie i wysokie detale mogą też drgać, gdy przechodzi nad nimi dysza. Smukłe wieżyczki i kołki dostają więc szerszą stopę albo strukturę pomocniczą odłamywaną po druku. Daje to ostrzejsze detale i mniej nieudanych wydruków.
Tolerancje i luzy dla pasowań
Wydruk FDM trzyma typowo kilka dziesiątych milimetra, zależnie od materiału, wielkości i kierunku. Otwory wychodzą często nieco mniejsze niż narysowane. Jeden powód to okrąg budowany z krótkich prostych odcinków, drugi to skurcz tworzywa. Pierwsza warstwa jest lekko rozpłaszczona, co nazywa się stopą słonia, więc fazujemy dolną krawędź części, które mają do czegoś pasować.
Do pasowań ruchomych projektujemy luz orientacyjnie 0,2–0,4 mm na stronę, a do wciskowych 0–0,1 mm. Przeguby drukowane w stanie złożonym (print-in-place) dostają 0,3–0,5 mm. Materiały z większym skurczem, jak ASA i PA, wymagają więcej. Przy krytycznych pasowaniach najpierw drukujemy małą próbkę z kilkoma luzami i wybieramy ten, który działa. Jak luzy przekładają się na tolerancje rysunkowe, wyjaśniamy na stronie rysunki techniczne.
Na wymiary wpływa też ułożenie części. Otwór stojący pionowo wychodzi bardziej okrągły i dokładniejszy niż leżący. Części z ważnymi otworami orientujemy więc otworami do góry, jeśli pogodzi się to z wymaganiami wytrzymałości.
Gwinty, wkładki i połączenia śrubowe
Wkręty prosto w tworzywo sprawdzą się przy jednorazowym montażu, ale gwint szybko się zużywa. Do połączeń często rozkręcanych stosujemy mosiężne wkładki wtapiane lutownicą. Otwór rysujemy według wymiarów producenta wkładki, a materiał wokół wkładki powinien mieć co najmniej 1,5–2 mm, aby nie pękał.
Alternatywą są gniazda sześciokątne na zwykłe nakrętki albo gwinty modelowane. Gwinty modelowane działają dobrze mniej więcej od M6 w górę oraz przy grubych gwintach pokryw i słoików. Mniejsze gwinty wolimy naciąć po druku gwintownikiem. Wkręty samogwintujące do tworzyw też się sprawdzą, jeśli otwór narysowano według zaleceń producenta wkrętów, a tuleję usztywniono żebrami do ścianki. W przyrządach produkcyjnych łączymy często wkładki z metalowymi tulejkami wiertarskimi tam, gdzie zużycie jest duże.
Orientacja i anizotropia
Część FDM nie jest jednakowo mocna we wszystkich kierunkach. Połączenie między warstwami jest słabsze niż sama ścieżka, a wytrzymałość w pionie to często połowa lub mniej wytrzymałości w płaszczyźnie warstw. Dlatego kierunek druku ustalamy wcześnie i według niego rysujemy część: zatrzaski leżą w płaszczyźnie warstw, a tuleje usztywniamy żebrami do ścianek.
Czasem lepiej podzielić część na dwie i skręcić, niż wymuszać złą orientację. Dodajemy kołki ustalające i połączenia, aby części składały się prawidłowo. Jeśli masz istniejący plik do dostosowania, często zaczynamy od konwersji STL do STEP. Jak dobrać materiał do ciepła, słońca i mrozu, opisujemy na stronie uchwyty na zamówienie.
Wypełnienie znaczy mniej, niż wielu sądzi. Gdy wypełnienie wynosi już około 20–40 %, więcej obrysów daje zwykle więcej wytrzymałości na gram niż gęstsze wypełnienie. Razem z plikiem wysyłamy zalecane ustawienia, aby część za każdym razem wychodziła taka sama.
Wartości orientacyjne DfAM dla FDM (dysza 0,4 mm)
| Parametr | Wartość orientacyjna |
|---|---|
| Nawis bez podpór | Do ok. 45° od pionu |
| Most bez podpór | Ok. 10–20 mm bez problemu, dłuższy z pewnym ugięciem |
| Najcieńsza ścianka | 0,8–1,2 mm (2–3 szerokości ścieżki) |
| Ścianka części obciążonych | 1,6–2,4 mm (4–6 obrysów) |
| Wysokość warstwy | 0,1–0,3 mm, typowo 0,2 mm |
| Luz w pasowaniu ruchomym | 0,2–0,4 mm na stronę |
| Pasowanie wciskowe | 0–0,1 mm, sprawdź na próbce |
| Przegub print-in-place | Luz 0,3–0,5 mm |
| Mosiężna wkładka wtapiana | Otwór wg producenta, materiał wokół co najmniej 1,5–2 mm |
| Wytrzymałość w pionie | Często połowa lub mniej niż w płaszczyźnie warstw |
Wartości orientacyjne dla FDM – zależą od materiału, ustawień druku i wielkości części.
Czego potrzebujemy od Ciebie
- Istniejący plik (STEP, STL lub 3MF) albo szkic z wymiarami
- Jak część jest obciążona i w którym kierunku
- Które wymiary i pasowania są krytyczne
- Środowisko: temperatura, słońce, wilgoć i chemikalia
- Liczba sztuk i czy drukujemy my, czy Ty
- Jeśli masz własną drukarkę – dysza, materiał i pole robocze
Przykładowe zlecenia
- Część przerysowana, aby drukować ją bez podpór
- Zawias drukowany w stanie złożonym
- Obudowa z wkładkami wtapianymi pod wkręty
- Pokrywa i słoik z gwintem modelowanym
- Duża część podzielona z kołkami i jaskółczymi ogonami
- Zatrzask zorientowany na maksymalną ciągliwość
- Lekka część z żebrami zamiast pełnego materiału
- Przyrząd z wciskanymi tulejkami metalowymi
- Próbka z kilkoma luzami do testu pasowania
- Złożenie zastąpione jednym wydrukiem
Co wpływa na cenę i termin
- Czy część rysujemy od zera, czy dostosowujemy istniejący plik
- Liczba pasowań, gwintów i części ruchomych
- Czy część trzeba podzielić i dodać połączenia
- Liczba wydruków próbnych do sprawdzenia luzów i pasowania
- Wymagania wytrzymałości i masy
- Czy mamy dostarczyć gotowe wydruki
Co otrzymasz
- STL i 3MF z zalecaną orientacją
- STEP do przyszłych zmian
- Zalecenia materiału i ustawień druku
- Lista wkładek i śrub
- Gotowe wydruki od NordiTeq (opcja)
Częste pytania
Jaką tolerancję trzyma wydruk 3D?
Wydruk FDM trzyma typowo kilka dziesiątych milimetra, zależnie od materiału, wielkości i kierunku. Do pasowań rysujemy luz i sprawdzamy go na próbce, gdy wymiar jest krytyczny.
Jaki luz zostawić między dwiema drukowanymi częściami?
Orientacyjnie 0,2–0,4 mm na stronę dla części ruchomych i 0–0,1 mm dla pasowania wciskowego. Zależy to od materiału i drukarki, więc najpewniejsza jest próbka z kilkoma luzami.
Jaki kąt da się wydrukować bez podpór?
Około 45° od pionu to bezpieczna wartość orientacyjna. Bardziej strome powierzchnie przerabiamy fazami, otworami w kształcie kropli albo inną orientacją.
Jak mocować śruby w wydruku 3D?
Mosiężne wkładki wtapiane są najtrwalsze przy połączeniach często rozkręcanych. Alternatywą są gniazda sześciokątne na nakrętki i gwinty modelowane od około M6.
Dlaczego wydruki 3D pękają wzdłuż warstw?
Połączenie między warstwami jest słabsze niż sama ścieżka tworzywa. Dlatego orientujemy część tak, aby obciążenie szło wzdłuż warstw, i wzmacniamy ostre przejścia promieniami.
Czy możecie też wydrukować część?
Tak. NordiTeq produkuje w technologii FDM, między innymi z PLA, PETG, ASA, PA, PC i TPU. Możesz też dostać same pliki i drukować samodzielnie.