Проектирование для аддитивного производства:важные советы для тонкостенных деталей, напечатанных на 3D-принтере

Узнайте требования к минимальной толщине стенок для 3D-печати FDM, SLA, MJF и SLS. Ознакомьтесь с советами по проектированию, которые помогут укрепить тонкостенные детали и избежать типичных неисправностей.

Тонкие стены часто выходят из строя первыми. Используйте эти рекомендации, чтобы достичь целевых показателей минимальной толщины для вашего процесса 3D-печати.

Тонкие стены повсюду в дизайне продукта. Они уменьшают вес, экономят материал и позволяют разместить больше функций в меньшем пространстве. Но когда дело доходит до 3D-печати, тонкие элементы проверяют пределы того, что может надежно производить каждый процесс.

Слишком тонкая стена может вообще не напечататься. Или, что еще хуже, он напечатается, но при обычном обращении треснет. Минимальная толщина стенок зависит от технологии, и ее соблюдение означает необходимость учитывать выбор материала, ориентацию и стратегию поддержки.

В этом руководстве рассматриваются вопросы проектирования тонкостенных деталей в рамках FDM, SLA, SLS, MJF и других распространенных процессов.

Почему тонкие стенки являются проблемой при 3D-печати

3D-печать создает детали слой за слоем, что создает некоторые специфические проблемы при проектировании тонких стенок. Эти элементы содержат меньше материала для распределения напряжения и особенно уязвимы на границах слоев. Поскольку каждый слой нагревается и охлаждается, тонкие секции с большей вероятностью деформируются, трескаются или расслаиваются.

Риски различаются в зависимости от того, какой процесс 3D-печати вы выберете.

<ли>

FDM подает расплавленный пластик через сопло, поэтому толщина стенок зависит от диаметра сопла и от того, насколько хорошо оно проходит сплавление.

<ли>

SLA отверждает жидкую смолу с помощью лазера, создавая гладкие поверхности, но потенциально хрупкие тонкие срезы.

<ли>

Процессы с порошковым слоем, такие как SLS и MJF, не нуждаются в опорах, но тонкие стенки все равно могут деформироваться или размягчаться из-за накопления тепла, особенно если ориентация не идеальна.

<ли>

DMLS (предлагаемая через Protolabs Europe) производит металлические детали с интенсивным локальным нагревом. Тонкие стены металлических отпечатков могут деформироваться из-за термического напряжения, если их не поддерживать и не контролировать.

Независимо от процесса, наш инструмент DFM (Проектирование для технологичности) выявляет все тонкостенные риски прямо при загрузке САПР, поэтому вы можете внести изменения до начала производства.

Минимальная толщина стенки при 3D-печати

У каждой технологии печати есть свои практические ограничения на то, насколько тонкой вы можете быть.

Процесс Мин-стена (поддерживается/бесплатно) Минимальный размер объекта Толщина слоя Точность размеров Обработка поверхности Риск деформации Примечания FDM 0,8 / 0,8 мм 2,0 мм 100–300 мкм ±0,1–0,2 мм Видны линии слоев Высокий Бюджетный, быстрый SLA 0,5 / 1,0 мм 0,2 мм 50–100 мкм Возможна усадка после отверждения Гладкая Низкая–умеренная Лучше всего подходит для деталей SLS 0,8 / 1,0 мм 0,5 мм 100 мкм ±0,3 мм Матовая, зернистая Низкая Самонесущая MJF 0,7/1,0 мм 0,5 мм 80 мкм ±0,3 мм Чистая, детализированная Низкая Высокая повторяемость DMLS 0,4–0,8/0,8–1,5 мм — — В зависимости от геометрии Шероховатая Высокая Металл; термический стресс

Это общие рекомендации. Фактические ограничения зависят от геометрии детали, выбора материала и постобработки. Стена толщиной 0,5 мм может хорошо работать на небольшом защищенном участке, но не работать на большом пролете без опоры.

Аспекты материалов для тонких стенок

Не все материалы одинаково хорошо справляются с тонкими стенами. Некоторые материалы могут без проблем переносить тонкие срезы, в то время как другие становятся склонными к разрушению, если их надавить слишком далеко.

<ли>

Реакция на стресс:материалы, которые изгибаются под нагрузкой (например, нейлон и ТПУ), лучше справляются с тонкими стенками, чем жесткие материалы (ABS, PLA, стандартные смолы), которые трескаются под нагрузкой. Если вашей детали необходимо сгибаться или поглощать удары, выберите гибкий или прочный материал.

<ли>

Возможность печати на тонких размерах:нейлон и смолы обычно печатают чисто при минимальной толщине стенки. ТПУ может оказаться проблематичным из-за натянутости и плохой адгезии слоя на очень тонких срезах. ABS и PLA печатают надежно, но становятся хрупкими, поэтому очень важна тщательная ориентация.

<ли>

Компромисс между жесткостью и хрупкостью:наполнители (углеродное/стекловолокно) и поликарбонат обеспечивают высокую жесткость, но легче растрескиваются в тонких срезах. Если вам нужна жесткость, укрепите тонкие стенки ребрами, а не полагайтесь только на свойства материала.

Материал/Семейство Производительность при работе с тонкими стенками Лучший вариант использования Остерегайтесь Нейлон (PA12/PA11) Превосходный, прочный и слегка гибкий Функциональные детали под нагрузкой или ударом Могут сгибаться больше, чем более жесткие материалы ТПУ Хорошо, поглощает напряжение без растрескивания Детали, требующие гибкости или амортизации Труднее печатать чисто на очень тонких срезах PLA, ABS Неплохой, печатает надежно, но хрупкий Бюджетные прототипы или детали с низким напряжением Легко трескается; избегать острых углов и ударов Стандартная смола SLA Хорошая, точная детализация, гладкая отделка Косметические детали или детальные прототипы Хрупкие, если не используются варианты из жесткой смолы Наполнители Плохие, чувствительные к зазубринам Конструктивные детали, в которых можно добавить ребра Очень склонны к растрескиванию на тонких секциях Поликарбонат Хорошая, прочная, но склонная к деформации Высокотемпературные или высокопрочные применения Требуется термоконтроль; трескается при напряжении

Инструкции по построению

То, как вы проектируете ориентацию детали, оказывает большое влияние на прочность тонких стенок и надежность печати.

<ли>

Ориентируйтесь на прочность слоя:выровняйте тонкие стенки так, чтобы основные нагрузки проходили в плоскости слоя (XY), и избегайте нагрузки на них по оси Z, где межслоевая прочность наименьшая.

<ли>

Деформация:в FDM уменьшите деформацию, разбивая большие плоские области и избегая острых углов. В SLA наклон может уменьшить усилие отрыва, но может увеличить поддержку, поэтому взвешивайте уменьшение отрыва по отметкам опоры.

<ли>

Опоры:По возможности избегайте выступов. В FDM и SLA используйте углы 45° или опоры с минимальным контактом. В SLS и MJF пудра обеспечивает естественную поддержку.

Оптимизация прочности детали

Тонкие стены не обязательно означают хрупкие детали. Используя правильные стратегии армирования, вы можете сохранить конструкцию легкой, одновременно повысив ее прочность и долговечность.

<ли>

Добавьте ребра:укрепите длинные тонкие стены перпендикулярными ребрами. Сохраняйте толщину ребер на уровне 50–75% стены и размещайте их на расстоянии, обеспечивающем поддержку пролета.

<ли>

Используйте скругления:Закруглите внутренние углы (радиусом ≥0,5 мм), чтобы уменьшить растрескивание, вызванное концентрацией напряжений.

<ли>

Попробуйте решетки:используйте решетчатые или сотовые конструкции для укрепления больших тонкостенных участков. Они эффективно распределяют нагрузку и отлично подходят для SLS и MJF. В SLA они тоже могут работать, но следите за опорами и застрявшей смолой.

Чтобы узнать больше о методах армирования, ознакомьтесь с нашими рекомендациями по 3D-печати

Отверстия, щели и расстояние между элементами возле тонких стенок

Разрезание тонких стенок ослабляет их. Каждое отверстие удаляет материал, который в противном случае вызвал бы напряжение. Вот как сохранить структурную целостность ваших деталей:

<ли>

Правило расстояния:оставляйте расстояние в 1,5–2 раза больше толщины стены между отверстиями или между отверстием и краем. Еще сильнее — и вы рискуете порваться.

<ли>

Избегайте маленьких отверстий (FDM, они могут закрыться или потребовать трудноудаляемых опор. В SLA они часто не печатаются. В SLS или MJF порошок застревает. Вместо этого используйте отверстия или прорези большего размера.

<ли>

Используйте прорези вместо кругов:прорези печатаются более надежно, особенно когда длинная ось проходит параллельно слоям построения.

<ли>

Закруглите углы:острые углы в вырезах концентрируют напряжение и вызывают трещины. Используйте скругления, если ваша деталь будет изгибаться или подвергаться повторяющимся нагрузкам.

Дополнительные рекомендации по проектированию FDM можно найти в нашем руководстве по проектированию деталей для 3D-печати FDM.

Опоры, вентиляционные и дренажные пути

Тонкие стенки уязвимы при удалении деталей. Вот как следует проектировать для достижения чистых результатов.

<ли>

Минимизируйте опоры. В FDM и SLA тонкие выступы часто нуждаются в поддержке, но их сложно удалить аккуратно. Используйте самонесущие углы (≤45°) и при необходимости выбирайте опоры из дерева или с минимальным контактом.

<ли>

Добавьте дренажные и вентиляционные отверстия. В SLA и других процессах смолы для полых деталей необходимы дренажные отверстия в самой нижней точке и вентиляционные отверстия в самой высокой точке для выпуска неотвержденной смолы и воздуха.

<ли>

Планируйте утечку порошка в процессах с порошковым слоем:в SLS и MJF вам не нужны опоры, но полые детали все равно нуждаются в выпускных отверстиях (и свободном пути), чтобы можно было удалить захваченный порошок.

Допуски и качество поверхности тонких срезов

Тонкие стены более чувствительны к изменениям размеров. В некоторых случаях обработка поверхности может помочь укрепить тонкие стены, сглаживая переходы и распределяя напряжение. В других случаях агрессивная постобработка может еще больше истончить или ослабить их.

<ли>

Проверьте перед масштабированием:тонкие стенки толщиной менее 1 мм могут различаться по размерам. Закажите или распечатайте образец, измерьте его, а затем при необходимости откорректируйте дизайн.

<ли>

Обработка поверхности может помочь или навредить:сглаживание, полировка или химическая обработка могут снизить концентрацию напряжений, но агрессивное шлифование или сглаживание паром могут еще больше истончить хрупкие стены. Ознакомьтесь с нашими услугами по отделке поверхности, чтобы выбрать правильный метод последующей обработки для ваших деталей.

<ли>

Подберите отделку к геометрии:гладкая отделка (как в SLA) идеально подходит для тонких косметических деталей. Процессы на основе порошков могут потребовать галтовки или нанесения покрытия для улучшения прочности или эстетики.

Дополнительные советы по конкретному процессу можно найти в базе знаний по 3D-печати.

Краткий контрольный список для проектирования тонких стен

Прежде чем отправить тонкостенную деталь на печать, проверьте следующее:

<ли>

Подтвердите минимальную толщину стенки для вашего процесса и материала

<ли>

Избегайте длинных неподдерживаемых пролетов и острых углов

<ли>

Добавьте ребра или скругления для придания жесткости стенам

<ли>

Ориентация, чтобы уменьшить напряжение слоев и деформацию

<ли>

Планируйте поддержку и стратегию удаления заранее

<ли>

Сначала протестируйте критически важные функции на небольшом прототипе

Наш инструмент анализа DFM отмечает проблемы с тонкими стенками при загрузке, предупреждая вас о функциях, которые могут выйти из строя. Перед заказом ознакомьтесь с отзывами и скорректируйте свой дизайн.

Где узнать больше

Дополнительные рекомендации по проектированию деталей для 3D-печати можно найти на следующих ресурсах.

<ли>

Руководство по 3D-печати

<ли>

База знаний по 3D-печати

<ли>

Дизайн для 3D-печати

<ли>

Как проектировать детали для 3D-печати FDM

Начало работы

Готовы двигаться вперед с дизайном, одновременно легким и высокопроизводительным? Загрузите свой дизайн, чтобы получить бесплатную и мгновенную расценку.

Часто задаваемые вопросы

Какую самую тонкую стену я могу напечатать?

Это зависит от процесса. Например, SLA может достигать 0,5 мм (поддерживается), а для FDM требуется около 0,8 мм.

Могу ли я выполнить постобработку тонких стенок, не повредив их?

Да, но будьте осторожны. Такие этапы отделки, как полировка или сглаживание паром, могут удалить материал и ослабить и без того тонкие участки. Рассмотрите возможность более мягкой обработки деликатных деталей. Подробности можно узнать в наших услугах по отделке поверхности.

Всегда ли тонким стенам нужны опоры?

Не всегда. В процессах с порошковым слоем, таких как SLS и MJF, порошок действует как собственный носитель. В FDM или SLA тщательная ориентация может уменьшить или исключить необходимость в опорах.

Дополнительные ресурсы для инженеров

Советы DFM для 3D-печатных деталей с тонкими стенками

Прочитать статью

Что такое недостаточная экструзия в 3D-печати?

Прочитать статью

3D-печать FDM и SLA

Прочитать статью

Самые быстрые методы 3D-печати

Прочитать статью

Когда использовать 3D-печать, а когда литье под давлением

Прочитать статью

3D-печать для промышленных целей

Прочитать статью

Что такое 3D-печать MJF (HP Multi Jet Fusion)?

Прочитать статью

Что такое быстрое прототипирование?

Прочитать статью

Что такое 3D-печать Binder Jetting?

Прочитать статью

Моделирование в 3D-печати

Прочитать статью

Какой 3D-принтер подойдет для прототипирования? Сравнение процессов 3D-печати

Прочитать статью

Что такое 3D-печать металлом и как она работает?

Прочитать статью

Советы DFM для 3D-печатных деталей с тонкими стенками

Узнайте требования к минимальной толщине стенок для 3D-печати FDM, SLA, MJF и SLS. Ознакомьтесь с советами по проектированию, которые помогут укрепить тонкостенные детали и избежать типичных неисправностей.

Прочитать статью

Что такое недостаточная экструзия в 3D-печати?

Узнайте, что такое недостаточная экструзия при 3D-печати, почему она возникает, как ее исправить и как избежать ее при печати в будущем.

Прочитать статью

3D-печать FDM и SLA

Независимо от того, создаете ли вы прототипы или производите детали для конечного использования, выбор между FDM и SLA может повлиять на стоимость, гибкость конструкции и общее качество. FDM известен своей доступностью и доступностью, тогда как SLA часто выигрывает в деталях и качестве поверхности. В этом руководстве мы рассмотрим обе технологии, чтобы вы могли найти ту, которая лучше всего подходит для вашего проекта.

Прочитать статью

Самые быстрые методы 3D-печати

Когда дело доходит до 3D-печати, скорость — это не просто роскошь, зачастую это самый важный фактор для инженеров. Такие процессы, как струйная обработка связующим и DLP, открывают новые горизонты в скорости, а SLS и FDM обеспечивают баланс между эффективностью и сложностью функциональных частей. Узнайте больше в этой статье базы знаний о том, как выполнять 3D-печать быстро и точно.

Прочитать статью

Когда использовать 3D-печать, а когда литье под давлением

Узнайте, на что следует обратить внимание при выборе между 3D-печатью и литьем под давлением, о преимуществах каждого метода производства и многом другом.

Прочитать статью

3D-печать для промышленных целей

Узнайте о преимуществах и недостатках различных методов промышленной 3D-печати, часто используемых материалах и многом другом

Прочитать статью

Что такое 3D-печать MJF (HP Multi Jet Fusion)?

Multi Jet Fusion (MJF) — это процесс 3D-печати, позволяющий быстро создавать прототипы и детали конечного использования. В этой статье объясняется, как работает MJF и его основные преимущества.

Прочитать статью

Что такое быстрое прототипирование?

При быстром прототипировании используются 3D-компьютерное проектирование (САПР) и производственные процессы для быстрой разработки 3D-деталей или сборок для исследований и разработок и/или испытаний продукции.

Прочитать статью

Что такое 3D-печать Binder Jetting?

В этом введении в 3D-печать Binder Jetting мы рассмотрим основные принципы этой технологии. Прочитав эту статью, вы поймете фундаментальную механику процесса Binder Jetting и то, как они связаны с ее преимуществами и ограничениями.

Прочитать статью

Моделирование в 3D-печати

Узнайте о преимуществах и современном состоянии моделирования 3D-печати. В этой статье описывается, почему, что и как использовать моделирование в 3D-печати, а также даются советы, которые помогут вам начать работу.

Прочитать статью

Какой 3D-принтер подойдет для прототипирования? Сравнение процессов 3D-печати

Какой процесс 3D-печати оптимален для прототипирования? В этой статье рассматриваются лучшие 3D-принтеры для этапа создания прототипов при разработке продукта, включая советы по проектированию, позволяющие максимально эффективно использовать каждую технологию производства.

Прочитать статью

Что такое 3D-печать металлом и как она работает?

3D-печать металлом — это процесс аддитивного производства, используемый для создания металлических деталей непосредственно из цифровой модели. В этом обзоре объясняется, как работают селективное лазерное плавление (SLM) и прямое лазерное спекание металлов (DMLS), а также как эти процессы связаны с ключевыми преимуществами и ограничениями для инженерных компонентов.

Прочитать статью

Готовы преобразовать файл САПР в нестандартную деталь? Загрузите свои проекты и получите бесплатную и мгновенную расценку.

Получите мгновенную расценку