10 главных советов, которые следует учитывать при разработке детали FDM

Fused Deposition Modeling (FDM) - одна из самых популярных технологий 3D-печати для любителей, сервисных бюро и производителей оригинального оборудования. От недорогого прототипа до функциональных деталей, FDM хорошо подходит для множества приложений, предлагая большую гибкость проектирования.

Однако для достижения более высокой точности и успешной печати деталей FDM конструкторы и инженеры должны учитывать возможности и ограничения проектирования для FDM. Чтобы помочь вам обеспечить наилучшие результаты печати, мы составили список из 10 основных вещей, которые следует учитывать при разработке для FDM.

Процесс печати FDM

Моделирование наплавленного осаждения работает путем выдавливания нити через нагретое сопло на платформу для сборки. По мере осаждения материал охлаждается и затвердевает, образуя твердый слой материала. Этот процесс повторяется слой за слоем, пока не будет завершен финальный объект.

FDM обычно работает с широким спектром промышленных термопластов, хотя также могут использоваться некоторые металлические нити. Также следует отметить, что детали, напечатанные на 3D-принтере из FDM, обычно имеют шероховатую поверхность и, следовательно, требуют некоторой последующей обработки для получения более гладкой поверхности.

10 советов при проектировании для FDM

1. Сделайте свой дизайн водонепроницаемым

Важно убедиться, что ваша конструкция FDM водонепроницаема, то есть на поверхности вашей 3D-модели нет отверстий. Наличие водонепроницаемого дизайна может повлиять на возможность печати детали - негерметичные модели нельзя напечатать на 3D-принтере, поэтому жизненно важно проверить свой дизайн перед отправкой на печать. Программное обеспечение автоматизации RP Platform может легко выявлять проблемы с герметичностью и другие ошибки файлов STL.

2. Опорные конструкции

Часто ваши конструкции FDM могут включать сложные элементы, такие как крутые свесы, мосты, отверстия и полые секции. Чтобы предотвратить сбой сборки, для этих функций потребуются опорные конструкции. Как правило, легче уменьшить количество опор или избежать их, поскольку они увеличивают время и стоимость производственного процесса, а также оставляют следы после удаления. Однако часто нельзя избежать использования поддерживающих структур, поскольку они позволяют печатать сложные геометрические формы.

При разработке деталей для FDM рекомендуется применять правило 45 градусов:элементы с углами менее 45 градусов должны поддерживаться, чтобы гарантировать, что деталь не сломается во время процесса печати. Также следует помнить, что толщина стенок для опор должна быть не менее 1,2–1,5 мм, чтобы обеспечить достаточную прочность вашей детали.

3. Толщина стенки

Минимальная толщина стенок для деталей из FDM определяется размером нити, а также диаметром сопла, обеспечиваемым 3D-принтером. Чтобы гарантировать успешную печать, одно практическое правило - проектировать стенки, вдвое превышающие диаметр сопла, с минимальной толщиной 1,5–2 мм.

Однако, хотя более толстые стенки приведут к более прочным деталям, проектирование чрезмерно толстых стен увеличит время и затраты на производство и может привести к проблемам печати, таким как коробление. Но если для вашей детали требуются толстые стенки, вы можете спроектировать внутренние конструкции с перекрестной штриховкой вместо сплошных стен, что сэкономит материал и сократит время печати. ​​

4. Отверстия

В процессе FDM обычно получаются отверстия меньшего размера. Это означает, что, например, отверстие диаметром 5 мм может быть напечатано диаметром около 4,8 мм. Поэтому рекомендуется проектировать отверстия большего размера.

Обычно рекомендуется увеличить диаметр отверстия на 2–4% для отверстий до 10 мм. Если точность диаметра отверстия имеет решающее значение, его можно распечатать на 3D-принтере меньшего размера, а затем просверлить отверстие для получения правильного диаметра.

5. Темы

Лучшая практика при проектировании резьбы - избегать острых краев и углов в 90 градусов. Рекомендуемый тип резьбы для FDM - резьба 29 градусов (также известная как резьба Acme) с минимальной толщиной резьбы 0,8 мм. Также имейте в виду, что для 3D-печати отверстия для резьбы должны быть больше 3 мм.

6. Минимальный размер элемента

При разработке небольших элементов для FDM рекомендуемый размер гравированных деталей составляет 1 мм толщиной и 0,3 мм глубиной для обеспечения удобочитаемости. Минимальный размер столбцов и штифтов также необходимо учитывать на этапе проектирования:эти элементы должны быть не менее 2 мм в диаметре, чтобы их можно было печатать.

7. Скругления и фаски

Поскольку материал в FDM нагревается в процессе печати, возникающие изменения температуры могут привести к деформации детали. К счастью, этих проблем можно избежать с помощью таких конструктивных элементов, как скругления и фаски. Добавляя фаску вдоль нижнего края детали, термические напряжения могут распределяться более равномерно, уменьшая коробление и усадку. Добавление фаски также означает, что вашу деталь также можно легко удалить с платформы сборки.

Помимо фаски, скругления могут быть спроектированы в 3D-модели для уменьшения напряжений во время печати и повышения прочности детали. Их также можно добавить к поверхностям, выступающим под углом более 45 градусов, что устраняет необходимость в опорах.

8. Ориентация детали

Ориентация детали - это жизненно важный момент, который следует учитывать, поскольку это может повлиять на качество поверхности и прочность вашей детали, а также на количество необходимых опор.

Во-первых, важно помнить, что поверхности, обращенные вверх, как правило, имеют лучшую поверхность. Во-вторых, поскольку изогнутые и наклонные поверхности часто склонны к эффекту ступенек (шероховатая текстура поверхности), вы можете ориентировать такие поверхности параллельно платформе сборки, чтобы минимизировать этот эффект. Наконец, вы можете удалить опоры для отверстий, ориентируя их в вертикальном направлении. Если в деталях есть несколько отверстий в разных направлениях, вы можете сначала сосредоточиться на глухих отверстиях, а затем на отверстиях наименьшего диаметра.

Детали FDM сильно анизотропны, что означает, что детали будут намного прочнее по оси XY, чем в плане Z. Чтобы обеспечить прочность, рекомендуется спроектировать вашу деталь таким образом, чтобы хрупкие элементы были ориентированы параллельно поверхности.

9. Дизайн для сборки

Часто имеет смысл разбить сложную 3D-модель на несколько частей, распечатать отдельно, а затем собрать вместе. Это не только уменьшит количество опор, упростит постобработку, но и ускорит процесс печати при сохранении материала.

10. Скорость заполнения

Степень заполнения (%) указывает, сколько материала должно заполнить деталь при ее печати. Если не требуется максимальная прочность, выбор максимального заполнения для ваших деталей из FDM является необычным, поскольку это может привести к более высоким затратам на материалы и снижению скорости печати. Поскольку процент заполнения также влияет на прочность вашей детали, важно учитывать применение вашей детали FDM при выборе скорости заполнения. Например, прототипы могут изготавливаться с низким процентом заполнения, в то время как концевые детали обычно требуют более высокого процента заполнения для большей прочности.

Подводя итоги

FDM, пожалуй, самая экономичная технология для недорогого прототипирования и функциональных деталей. Однако, чтобы получить максимальную отдачу от процесса печати FDM, перед отправкой любого отпечатка в производство следует учитывать рекомендации по проектированию для процесса печати FDM. Хотя FDM в некоторой степени предполагает метод проб и ошибок, с учетом этих соображений вы можете уменьшить сложность своих процессов и значительно повысить эффективность.