Designregler för 3D-utskrift – vad DfAM betyder
DfAM, design for additive manufacturing, betyder att delen konstrueras för hur den byggs upp. I FDM läggs smält plast i strängar, lager på lager. Varje lager vilar på det under. Det ger frihet att göra former som är omöjliga att fräsa, men också begränsningar som en CNC-konstruktör inte är van vid.
Den goda nyheten är att komplexitet nästan inte kostar något extra. En inre kylkanal, ett integrerat gångjärn eller en organisk form tar ungefär lika lång tid att skriva ut som en enkel låda med samma volym. Det som styr tid och pris är främst volymen material, höjden och mängden stöd. Riktvärdena nedan gäller ett vanligt munstycke på 0,4 mm och lagerhöjder på 0,1–0,3 mm. Andra munstycken och material ger andra värden – se dem som en startpunkt.
Överhäng och broar
Ett överhäng upp till ungefär 45° från lodlinjen kan skrivas ut utan stödmaterial. Brantare än så hänger strängarna fritt och ytan blir dålig. Stödmaterial fungerar, men lämnar märken och kostar tid och material.
Konstruera därför med 45° i tankarna. Ersätt horisontella tak med faser på 45° och använd fasade kanter i stället för rundningar på undersidan. En rundning på undersidan börjar med ett nästan horisontellt överhäng – en fas skrivs ut rent.
En bro är en horisontell sträng mellan två stöd. Korta broar på 10–20 mm går ofta bra med rätt fläktkylning, längre broar kräver tester eller stöd. Planera hålbilder och fönster så att broarna blir korta.
Väggtjocklek och detaljer
Väggtjockleken bör vara en multipel av strängbredden. Med ett munstycke på 0,4 mm och en strängbredd på ungefär 0,42–0,45 mm ger två strängar runt 0,8–0,9 mm och tre strängar runt 1,2–1,35 mm. En vägg på 1,0 mm ger i stället två strängar och en smal fyllning som kan bli svag.
Ett riktvärde är minst 1,2 mm för väggar som ska bära last och 0,8 mm för lätta kåpor. Små detaljer under ungefär 0,8 mm i XY-led blir otydliga eller försvinner. Text som ska kunna läsas bör vara minst 0,5 mm djup eller hög och ha linjer på minst 0,4–0,5 mm.
Fyllnadsgraden påverkar styrkan mindre än man tror. Fler ytterväggar ger ofta mer styrka per gram än tätare fyllning.
Spel, passningar och hål
Delar som ska passa ihop behöver konstruerat spel. Ett riktvärde är 0,2–0,4 mm totalt spel för delar som ska glida eller monteras för hand, och 0,1–0,2 mm för tätare passningar. Rörliga delar som skrivs ut sammansatta behöver ofta 0,4–0,5 mm. Gör gärna en liten testbit med olika spel innan hela delen skrivs ut.
Vertikala hål blir typiskt 0,1–0,3 mm för små, eftersom strängen pressas inåt i kurvan. Lägg till spel i modellen eller borra upp hålet efteråt. Horisontella hål har ett överhäng i taket. Ge dem en droppform eller ett plant tak med 45° faser upp till det, så skrivs de ut utan stöd.
Gängor under M6 blir sällan bra direkt i plast. Mer om toleranser i guiden toleranser och passningar.
Skruvförband och gängade insatser
För skruvar som ska skruvas i och ur flera gånger är gängade insatser i mässing det bästa valet. De värms in i ett förberett hål med en lödpenna eller ett särskilt verktyg. Hålets diameter och djup ska följa insatstillverkarens mått, eftersom de skiljer sig mellan märken.
Lägg minst 1,5–2 mm vägg runt insatsen och ett par extra ytterväggar i området. Självgängande plastskruvar fungerar också, med ett hål som är lite mindre än skruvens kärndiameter. För enstaka montering räcker en mutter i en sexkantig ficka – den är billig och mycket stark.
Orientering och anisotropi
FDM-delar är svagast mellan lagren. Belastas delen så att lagren dras isär – i Z-led – kan hållfastheten bli betydligt lägre än i XY-planet. Orientera därför delen så att den viktigaste lasten går längs lagren, inte tvärs över dem.
Ett exempel: en vinkelkonsol som skrivs stående får lagerskarvar precis i hörnet där spänningen är störst. Skriven liggande på sidan får den strängar som går runt hörnet och blir mycket starkare.
Orienteringen påverkar också yta, måttnoggrannhet och behov av stöd. Ytor som ligger mot byggplattan blir plana och exakta. Ytor som byggs vertikalt får synliga lager. Ibland är det bäst att dela delen och skriva ut halvorna i var sin orientering.
Välj material efter användning
PLA är styvt, lätt att skriva ut och måttnoggrant, men mjuknar redan runt 55–60 °C. Det passar för prototyper, fixturer inomhus och modeller. PETG är segare, tål fukt och kemikalier bättre och klarar ungefär 70 °C. Det är ett bra standardval för funktionsdelar inomhus.
ASA tål UV-ljus och väder och klarar runt 90–95 °C. Det passar för delar utomhus och i fordon. PA (nylon) är segt och har god nötningsbeständighet, men suger fukt och måste torkas. PC tål höga temperaturer, över 100 °C, och är styvt. TPU är flexibelt och används för packningar, dämpare och grepp.
Kolfiberförstärkta varianter av PETG, PA och andra material ger högre styvhet men är mer spröda och sliter på munstycket. Värdena är riktvärden och varierar mellan tillverkare. Läs mer om konstruktion för additiv tillverkning.
Vanliga misstag och stora delar
Det vanligaste misstaget är att konstruera som för formsprutning eller fräsning: horisontella tak, skarpa inre hörn och snäva passningar utan spel. Ett annat är tunna väggar på 1,0 mm som inte passar strängbredden, eller långa tunna stift som bryts av längs lagren.
Andra fel är att lägga text och logotyper på överhängande ytor, att glömma hur supporten ska tas bort och att välja PLA till en del som ska sitta i en bil på sommaren. Gå igenom checklistan nedan innan du skickar en fil till utskrift – den fångar de flesta problemen.
Delar som är större än byggvolymen delas i flera bitar. Placera skarven där den syns minst och belastas minst. Använd styrtappar, laxstjärtar eller överlappande falsar så att bitarna hamnar rätt vid limning eller skruvning.
Delning kan också vara ett sätt att få bättre orientering och mindre stöd. Vi konstruerar för 3D-utskrift varje dag och skriver ut delarna själva. Skicka din modell så går vi igenom den, eller läs om prototyper med 3D-utskrift.
Material för FDM – riktvärden
| Material | Egenskaper | Värmetålighet (riktvärde) | Typisk användning |
|---|---|---|---|
| PLA | Styvt, måttnoggrant, lätt att skriva ut | ca 55–60 °C | Prototyper, fixturer inomhus, modeller |
| PETG | Segt, tål fukt och många kemikalier | ca 70 °C | Funktionsdelar, kapslingar, hållare |
| ASA | UV- och väderbeständigt | ca 90–95 °C | Delar utomhus och i fordon |
| PA (nylon) | Segt, nötningsbeständigt, fuktkänsligt | ca 80–120 °C beroende på typ | Kugghjul, glidande delar, klämmor |
| PC | Styvt, slagtåligt, värmetåligt | över 100 °C | Delar nära värme, tekniska komponenter |
| TPU | Flexibelt, gummiliknande | ca 60–80 °C | Packningar, dämpare, grepp |
Värmetålighet anges som ungefärlig mjukningstemperatur under lätt last. Värdena varierar mellan tillverkare och utskriftsinställningar.
Checklista: konstruera för 3D-utskrift
- Överhäng högst ungefär 45° utan stöd
- Faser i stället för rundningar på undersidan
- Väggar som multipel av strängbredden, minst 1,2 mm för last
- Spel 0,2–0,4 mm för monterade delar
- Vertikala hål kompenserade eller uppborrade
- Horisontella hål med droppform eller plant tak
- Gängade insatser för skruvförband som öppnas ofta
- Orientering efter huvudlasten – inte tvärs lagren
- Material valt efter temperatur, UV och fukt
- Stora delar delade med styrning vid skarven
Vanliga frågor
Hur mycket spel ska jag ha mellan 3D-skrivna delar?
Ett riktvärde är 0,2–0,4 mm totalt spel för delar som ska monteras för hand. Tätare passningar kan fungera med 0,1–0,2 mm. Skriv gärna ut en testbit med olika spel först, eftersom resultatet beror på material och inställningar.
Vilken väggtjocklek behövs vid 3D-utskrift?
Gör väggarna till en multipel av strängbredden, till exempel 0,8–0,9 mm eller 1,2–1,35 mm med ett munstycke på 0,4 mm. Lastbärande väggar bör vara minst 1,2 mm. Fler ytterväggar ger mer styrka än tätare fyllning.
Varför går 3D-skrivna delar sönder mellan lagren?
Bindningen mellan lagren är svagare än strängarna själva. Belastas delen i Z-led kan den spricka längs en lagerskarv. Orientera delen så att lasten går längs lagren.
Vilket material ska jag välja för en del utomhus?
ASA är ett bra val utomhus eftersom det tål UV-ljus och värme bättre än PLA och PETG. PLA mjuknar redan runt 55–60 °C och passar inte i solen. För flexibla delar utomhus kan TPU fungera.