Руководство по моделированию методом наплавления (FDM) для производства

Этот иллюстрированный контрольный список поможет командам понять основы проектирования с учетом технологичности (DFM) с помощью моделирования методом наплавления (FDM).

Введение

Что такое FDM?

Моделирование методом наплавления (FDM) – это одна из наиболее распространенных форм аддитивного производства, о которой большинство людей думают, когда слышат слово "3D-печать".

Руководство по моделированию методом наплавления для производства Как работает FDM? Во время этого процесса машина FDM выдавливает нагретую термопластичную нить через сопло, наращивая компонент по одному горизонтальному слою за раз. Одним из значительных преимуществ этого процесса является то, насколько быстро машины могут производить детали по сравнению с устаревшими технологиями. Учитывая, что период выполнения работ может составлять всего 24 часа, FDM — полезный процесс для быстрого создания недорогих прототипов и даже некоторых функциональных деталей.

Удобство FDM-печати и доступность FDM-материалов привели к популярности этой технологии как среди профессионалов, так и среди любителей, которые могут использовать эту технологию для создания чего угодно:от игрушек до продуктов питания и электронных корпусов. Технологические инновации для FDM все еще продолжаются, с новыми возможностями, включая неплоскую печать, композитную печать и печать из нескольких материалов.

Проектирование с учетом технологичности важно для всех дизайнеров и проектных групп, независимо от технологии производства. Конструкции деталей должны не только соответствовать желаемым функциональным требованиям и требованиям к материалам, предъявляемым к прототипу или готовой детали, но и учитывать сам производственный процесс.

Это руководство содержит пять советов по обеспечению высокого качества и эффективности производства деталей, напечатанных методом FDM. Двойная проверка ваших проектов по этому списку перед отправкой их в производство может помочь улучшить вашу деталь, сэкономить время и ресурсы, а также ускорить время производства.

1. Учитывает ли ваш дизайн анизотропное поведение?

Из-за того, что FDM-принтеры выдавливают линии термопластичного материала по одному слою за раз, этот процесс по своей природе анизотропен, что означает, что объемные механические свойства детали изменяются в разных направлениях. Это связано с тем, что прочность связи между слоями отличается от прочности в плоскости. Детали, напечатанные методом FDM, обладают максимальной прочностью на растяжение параллельно траектории движения печатающей головки (в плоскости X-Y или плоскости среза). Прочность связи между слоями будет влиять на прочность на растяжение в направлении Z, которая обычно будет меньше, чем прочность на растяжение в плоскости X-Y.

FDM не рекомендуется для производства критических механических компонентов, так как термопласты подвержены ползучести материала, если они подвергаются высоким нагрузкам в течение длительного периода времени. Ориентацию сборки детали и геометрию можно изменить, чтобы учесть или смягчить это. Аналогичным образом, использование скошенных и закругленных кромок в деталях и инструментах повысит их долговечность и снизит концентрацию напряжений.

2. Разумны ли ваши ожидания относительно толерантности?

Группы разработчиков должны знать, что процесс FDM не может обеспечить чрезвычайно жесткие допуски.

Большинство промышленных машин FDM могут обеспечить точность размеров ± 0,15% (нижний предел ± 0,2 мм), а настольные принтеры могут достигать допусков ± 0,5% (нижний предел ± 0,5 мм). Однако, поскольку FDM требует большого количества тепла, другие факторы, такие как геометрия, будут влиять на точность напечатанной детали по мере ее охлаждения. Если для детали требуются критические поверхности или отверстия с высоким допуском с большей точностью, чем принтер FDM может достичь напрямую, рассмотрите возможность операций постобработки или добавления компонентов, таких как втулки и резьбовые вставки. Часто проблемы с допуском FDM можно уменьшить за счет дальнейшей постобработки.

Что касается размера текста, минимальный рекомендуемый размер для горизонтального текста составляет 6 мм полужирным шрифтом, но фактические значения зависят от принтера. Текст на вертикальных стенах может быть жирным шрифтом размером 3,5 мм.

Если ваша деталь содержит тонкие зазоры, их ширина должна быть не менее 5 мм, чтобы обеспечить легкое удаление вспомогательного материала. Ориентация сборки детали таким образом, чтобы зазоры были перпендикулярны плоскости X-Y, помогает обеспечить хорошее качество поверхности.

3. Учитывали ли вы толщину стены, размеры отверстий и выступы?

Оптимальная толщина стенки для вашей детали будет определяться размером нити. Как правило, элементы, которые в два раза толще нити или тоньше, плохо печатаются. Для стен достаточно четырехкратной толщины нити.

Закрытые профили в плоскости, как правило, очень хорошо печатаются с помощью FDM, поскольку замкнутые контуры обеспечивают быструю и бесшовную печать. Примеры этого могут включать вазы, чашки и трубки, а не сложные детали с прерывистыми сторонами и острыми элементами. Хотя это и не обязательно для получения хорошей детали, проектирование с учетом этого может помочь обеспечить успешную печать FDM.

Отверстия, созданные с помощью FDM-печати, должны иметь диаметр не менее 1 мм, чтобы обеспечить хорошее разрешение элемента. Как и в случае с зазорами, ориентация отверстий для печати перпендикулярно плоскости X-Y может улучшить качество элементов. Сверление или развертывание отверстий во время постобработки — еще один способ обеспечить точность.

Поскольку FDM строит деталь слой за слоем, если выступы в детали достаточно велики, не будет достаточной поддержки, чтобы удерживать новый материал над рабочей пластиной. Этот материал должен либо поддерживаться в программном обеспечении для печати с жертвенной геометрией поддержки, либо деталь должна быть изменена, чтобы устранить выступы.

4. Может ли ваш дизайн деформироваться?

Деформация возникает во время процесса охлаждения, когда разные части детали затвердевают и сжимаются с разной скоростью, создавая внутренние напряжения, которые растягивают материал неравномерно. Хотя деформация не является проблемой для всех деталей, напечатанных методом FDM, некоторые конструктивные особенности, такие как вертикальные стенки, тонкие срезы или элементы с высоким соотношением сторон, могут увеличить вероятность деформации детали в процессе охлаждения.

Деформации можно избежать следующим образом:

• Добавление ребер к вертикальным стенам
• Добавление скруглений к острым углам
• Добавление дополнительных опор по краям тонких или выступающих элементов.
• Избегайте деталей с высоким соотношением сторон (соотношение длины к ширине/толщине)

5. Рассматривали ли вы возможность разделения частей на части для нестандартного решения проблем?

Разделение просто означает разделение файла САПР вашей детали на небольшие, отдельно напечатанные компоненты. Секционирование позволяет создавать и собирать детали, которые слишком велики для объема сборки принтера, или уменьшить потребность в опорных конструкциях. Печать хрупких элементов по отдельности также может позволить вам использовать более подходящую ориентацию сборки, тем самым создавая более прочную и превосходную деталь. Однако разделение деталей требует определенного опыта и осторожности, как и каждый раз, когда деталь разрезается на части.

Начало работы с экспертом DFM

FDM может быть очень эффективным и доступным методом производства термопластичных прототипов и деталей. Неудивительно, что с учетом коротких сроков поставки, доступности технологии печати и широкой совместимости материалов как любители, так и профессионалы стремятся использовать преимущества FDM.

Когда вы сотрудничаете с таким опытным производителем, как Fast Radius, вы можете быть уверены, что каждое из этих и многих других соображений будет принято во внимание. Наша команда инженеров и менеджеров по продуктам использует передовые технологии цифрового проектирования и многолетний опыт, чтобы гарантировать, что каждая деталь, которую мы производим, является наилучшей частью для работы. Мало того, наша команда тесно сотрудничает с клиентами на каждом этапе, от проектирования до реализации, чтобы гарантировать, что каждая деталь оптимизирована для конечного использования и технологичности.

Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше о том, как мы можем воплотить ваши идеи в реальность.

Чтобы узнать больше об аддитивном производстве, обработке с ЧПУ и других производственных процессах, посетите ресурсный центр Fast Radius.

Загрузите проект моделирования методом наплавления (FDM) для руководства по производству.

Готовы создавать детали с помощью Fast Radius?

Начать цитату