Структуры поддержки 3D-печати:ключевые вещи, которые вам нужно знать

Многие профессионалы AM считают опорные конструкции необходимым злом и с нетерпением ждут того дня, когда технологии печати сделают их ненужными. Однако их интеллектуальное приложение открывает широкий спектр возможностей для печати сложных моделей, которые иначе были бы недостижимы. Например, с правильными опорными конструкциями теперь можно изготавливать сложную переднюю часть спортивного автомобиля за один тираж.

Опорные конструкции, как следует из названия, поддерживают вашу деталь на протяжении всего процесса печати, гарантируя, что каждый элемент может печатать чисто и точно, без деформации, вызванной провисанием. Они обеспечивают стабильную платформу, на которой можно печатать дополнительные слои, и обеспечивают надежное прикрепление детали к печатной платформе на протяжении всего процесса.

Независимо от того, какие методы 3D-печати используются в вашей работе, вам придется рассматривать опорные структуры как часть процесса как некоторую точку, поэтому в сегодняшнем руководстве мы рассмотрим элементы поддержки, необходимые во время наиболее широко используемых процессов печати и как их эффективно использовать.

Теперь давайте посмотрим, какие опорные конструкции потребуются для различных методов печати:

Селективное лазерное спекание и струйная печать связующего

При печати с использованием этих технологий опорные конструкции не потребуются. В процессе печати сам слой порошка поддерживает модель, после чего ее можно вынуть и очистить. Чтобы свести к минимуму потери материала, обязательно сделайте в готовой конструкции аварийные отверстия, чтобы любой излишек порошка с внутренней стороны детали можно было удалить во время постобработки.

Прямое лазерное спекание металла

Хотя в DMLS используется слой порошка так же, как и в SLS, все же потребуются опорные конструкции, чтобы деталь оставалась надежно прикрепленной к печатной платформе. Они также помогут предотвратить деформацию и обеспечить надлежащий отвод тепла, что необходимо при высоких температурах, используемых в DMLS.

Оптимальная ориентация детали является ключевым моментом и может помочь свести к минимуму необходимость в опорных конструкциях, избегая выступов. Как правило, любые выступы с углом менее 45 ° требуют опорной конструкции, поэтому учитывайте это при определении идеального угла печати. В качестве бонуса это также может помочь свести к минимуму видимые слои готовой детали.

В идеале необходимость в опорных конструкциях должна быть сведена к минимуму с любым проектом DMLS, поскольку их может оказаться довольно сложно удалить, и часто для достижения профессионального результата требуется нарезка проволоки или обработка на станке с ЧПУ. Если они окажутся неизбежными, опорные конструкции для смещения, как правило, будет легче удалить, поскольку они могут уменьшить количество поверхностей, которые необходимо обрезать при снятии детали с печатной платформы.

Моделирование наплавленного осаждения

Для печати FDM потребуется поддержка для любых выступов более 45 ° и любых перемычек более 5 мм. Что касается фактических поддерживающих структур, стало обычной практикой использовать специально разработанные поддерживающие материалы, которые добавляются в конструкцию во время печати через отдельный экструдер. После завершения печати их просто растворяют в воде или подходящем химическом средстве. Преимущество этого процесса состоит в том, что он полностью свободен от рук, и означает, что не потребуется никакой дальнейшей шлифовки и полировки для удаления следов, которые обычно остаются при удалении опорных конструкций. Однако для этого требуется использование многоголовочного принтера, а полное растворение опор обычно занимает несколько часов.

В качестве альтернативы, определенные опорные материалы предназначены для простого отделения от готовой детали без необходимости использования воды или химической ванны. Это потенциально быстрее, но удаление опорных конструкций необходимо будет учесть в конструкции детали, чтобы их можно было удалить чисто, без каких-либо остатков материала.

Двумя наиболее распространенными растворимыми материалами для опорных структур FDM являются поливиниловый спирт (PVA) и ударопрочный полистирол (HIPS). ПВА растворяется в воде, но имейте в виду, что он очень чувствителен к изменениям температуры, что может повлиять на время, необходимое для растворения, и даже может привести к засорению головки принтера. С другой стороны, HIPS меньше подвержен влиянию температуры и растворяется в лимонене (легко доступном бытовом очистителе), а не в воде. Если вы планируете использовать HIPS, обязательно учитывайте стоимость лимонена в своем бюджете, так как это потенциально может стать значительными текущими расходами в зависимости от ваших объемов печати. ​​

Стереолитография

При печати с SLA всегда необходимы опорные конструкции, чтобы избежать деформации участков и обеспечить правильное прикрепление детали к печатной платформе до ее завершения. Хорошая новость заключается в том, что опоры довольно легко удалить по сравнению с другими процессами, и обычно их можно обрезать без особых проблем. Имейте в виду, что правильная ориентация детали может ограничить количество поддерживающих структур, необходимых во время печати SLA. В качестве альтернативы можно распечатать деталь в виде нескольких отдельных частей, которые затем можно будет вырезать или склеить, минимизируя или устраняя необходимость в опорах.

Поскольку детали SLA значительно более хрупкие, чем детали, произведенные другими методами, используйте деликатный подход при удалении любых следов, оставленных опорными конструкциями. В качестве альтернативы шлифованию рассмотрите возможность легкой струйной обработки, чтобы получить гладкую и чистую поверхность.

Обработка материалов

При печати со струйной подачей материала для всех выступов потребуются поддерживающие материалы, независимо от угла. Однако эти опоры гораздо легче удалить, чем с помощью других методов, и обычно их можно просто обрезать после печати, при этом требуется относительно небольшая шлифовка и полировка для удаления любых оставшихся следов.

Наконец, несколько общих рекомендаций, которые следует иметь в виду:

• Подумайте, какие области детали должны быть наиболее заметными (например, те части прототипа, которые будут видны целевой аудитории больше всего), и избегайте прикрепления к ним каких-либо опор, чтобы они выглядели как можно более чистыми и привлекательными.
• Избегайте избыточных опорных структур, так как они только увеличивают время печати и приводят к расточительству материала.
• Убедитесь, что все вспомогательные структуры будут доступны после печати. Любые труднодоступные опоры будет трудно удалить чисто.
• Помните, что внутренние области модели также могут потребовать опорных структур, поэтому подумайте, как они будут удалены после печати. Возможно, потребуется разделить дизайн на две части, которые можно будет распечатать отдельно, а затем склеить.
• Не прикрепляйте опорные конструкции к хрупким конструкциям или где-либо с мелкими деталями, так как это может привести к потере деталей при их снятии.
• Некоторые принтеры могут автоматически добавлять вспомогательные структуры. Кроме того, вы можете добавить их на предпочитаемую программную платформу вручную или с помощью встроенного инструмента, который рассчитывает, где потребуется поддержка. Прежде чем принимать решение, подумайте, какой уровень контроля над вашими структурами поддержки вы хотите.
• Приобретите набор качественных плоскогубцев и плоских ножей, так как это значительно упростит снятие опорных конструкций. Используйте плоскогубцы, где детали могут просто сломаться, и кусачки для опор, которые требуют большей точности для достижения чистого результата. Некоторые люди предпочитают использовать для этой цели нож или снимать очень маленькие опоры, хотя имейте в виду, что это может поцарапать более деликатные материалы, поэтому работайте осторожно.
• При сглаживании любых следов, оставшихся после удаления конструкций, тщательно отшлифуйте, чтобы избежать нежелательных изменений размеров. Более подробную информацию о шлифовании можно найти в нашем последнем руководстве.

При работе с опорными конструкциями любого типа самое важное правило - проявлять осторожность и работать аккуратно. Если вы сделаете это при добавлении опор в программное обеспечение САПР и при удалении на этапе постобработки, вы добьетесь отличных результатов от ваших 3D-отпечатков.