In diesem Artikel werden wir uns die häufigsten Gründe für die Änderung der Endabmessungen von hergestellten Produkten ansehen, die auf einem 3D-Drucker gedruckt werden. Dieser Artikel wird für Designer und Erfinder nützlich sein, um zu verstehen, wie man 3D-Modelle für den XNUMXD-Druck entwirft.

Lassen Sie uns zunächst einige Begrifflichkeiten einführen. Alle Abweichungen, die im technologischen Prozess des 3D-Drucks und verwandter Technologien auftreten, werden als "Fehler" bezeichnet. Sehen wir uns an, welche Arten von Fehlern es sind, und gehen wir auf jeden von ihnen ein.

  1. Extrusionsbreitenfehler.
  2. Approximation der Radien in Abhängigkeit von der Schichthöhe.
  3. Positioniergenauigkeit des 3D-Drucker-Extruders.
  4. Trägheitsschläge.
  5. Unkontrollierte Schrumpfung des Materials.
  6. Fehler der ersten Schicht.
  7. Porosität.
  8. Passgenauigkeit nach dem Drucken von Teilen, zusammenbrechen.
  9. Trennstellen des Trägermaterials.
  10. Rauheit einer dünnen Wand.

Extrusionsbreitenfehler.

Bei der Vorbereitung eines dreidimensionalen Modells für den 3D-Druck geht es um die Erstellung eines sogenannten G-Codes. Der G-Code ist ein Computercode, der die Bewegung aller Elektromotoren eines 3D-Druckers festlegt. Zu diesen Motoren gehören diejenigen, die für die Bewegung des Extruders verantwortlich sind (3D-Druckkopf eines 3D-Druckers). Die Bewegungen und Bewegungen des Extruders werden durch die Trajektorie bestimmt, die durch die Linie bestimmt wird. Zur Vorbereitung für den 3D-Druck wird das Modell entlang der Z-Achse in Schichten unterteilt, da gewählte Schichthöhe. Die Trajektorie des Extruders wird basierend auf den Abmessungen dieser Schichten aufgebaut und beschreibt im Fall des Schichtumfangs die äußere Oberfläche des Modells, gemittelt entlang der Z-Achse. Der Extruder wiederum wiederholt die im G-Code festgelegte Bahn, nämlich das Zentrum der Düse. Letztendlich muss bei der Konstruktion von Modellen berücksichtigt werden, dass die Düse selbst einen Lochdurchmesser hat, durch den Kunststoff extrudiert wird. Vereinfacht gesagt wird der Düsenradius zur Größe des 3D-Modells addiert. Bei der Auswahl eines 3D-Druckers ist die Teilegenauigkeit in Bezug auf den Extrusionsbreitenfehler bei einem mit einem kleineren Düsendurchmesser höher. Und beim Entwerfen von dreidimensionalen Modellen für den 3D-Druck muss ein Spielraum für die Modellverbreiterung gelegt werden. Ich möchte darauf hinweisen, dass bei anderen XNUMXD-Drucktechnologien, die einen Laser oder ein Beleuchtungsgerät verwenden, die Breite der äußeren Umfangslinie vom Fokus abhängt, dh von der Dicke des Strahls. Diese Parameter können in der Regel mit dem Hersteller des XNUMXD-Druckers oder mit Spezialisten abgeklärt werden. Studia3D.

Sehen wir uns am Beispiel eines dreidimensionalen Modells an, das ein Loch hat.

Die Abbildung zeigt ein 3D-Modell, die Visualisierung des vorbereiteten G-Codes und die Trajektorie der Mitte der Extruderdüse für die 7. Schicht des 3D-Drucks. Wählen Sie den Umfang der Löcher aus und legen Sie die tatsächliche Breite der Extrusion auf die Trajektorie (hellgrün hervorgehoben).

Wie Sie sehen, ist der Lochdurchmesser kleiner. Wie viel? Auf dem Radius der Düse auf der einen Seite + dem Radius der Düse auf der anderen. Das heißt, wenn ich ein Loch entwerfe, muss ich einen Spalt gleich der Breite der Düse einstellen. Bei allen anderen Autos ist es genauso. Je kleiner die Düsengröße, desto näher an der Nenngröße liegt das Teil. Gleichzeitig kostet das Drucken mit einer Düse mit kleinerem Durchmesser mehr. Das liegt an der Leistung. Durch eine größere Düse kommt pro Zeiteinheit mehr Kunststoff heraus, was sich auf die Druckgeschwindigkeit auswirkt. Die Betriebszeit des Druckers sowie die Materialmenge wirken sich auf die Kosten für den Erhalt des Produkts aus.

Approximation der Radien in Abhängigkeit von der Schichthöhe.

Die angegebene Schichthöhe wirkt sich direkt auf die Genauigkeit des 3D-Drucks aus. Dies ist an den Radien in den vertikalen Schnitten des Modells deutlich ausgeprägt. Betrachten Sie das Detail aus dem vorherigen Absatz und positionieren Sie es am Rand in der Kamera des 3D-Druckers.

Wie Sie in der Abbildung sehen können, hängt die Lochqualität von der gewählten Schichthöhe ab. Je niedriger die Schichthöhe, desto besser ist das Teil. In diesem Fall lohnt es sich, den Zeitpunkt des 3D-Drucks zu berücksichtigen. Eine Erhöhung der Schichthöhe verkürzt die Druckzeit, indem die Gesamtlänge des vom Extruder beschriebenen Wegs verringert wird. Dementsprechend reduziert sich der Preis für das Teil, denn Die Betriebszeit eines 3D-Druckers wirkt sich direkt auf die Kosten des 3D-Drucks aus.

Positioniergenauigkeit des 3D-Drucker-Extruders.

Dieser Parameter bestimmt die Wiederholungsgenauigkeit durch die Mitte der Extruderdüse der im G-Code angegebenen Bahnkurve. Mit anderen Worten charakterisiert dieser Parameter die maximal mögliche Abweichung des Zentrums der Extruderdüse von der Bewegungsbahn während des Druckens. Dieser Parameter wird vom 3D-Druckerhersteller für ein bestimmtes Druckermodell angegeben. Es ist jedoch zu beachten, dass dieser Parameter der vom Hersteller empfohlenen 3D-Druckgeschwindigkeit entspricht. Im Gegenzug Experten Studia3D Bei der Erstellung eines G-Codes wird der Einfluss dieses Parameters minimiert, aber nicht vollständig eliminiert. Neben der Geschwindigkeit wird dieser Parameter durch die Steifigkeit des 3D-Druckers und des Extruder-Antriebssystems beeinflusst.

Trägheitsschläge.

Als Sonderfall der Positioniergenauigkeit heben wir die beim dreidimensionalen Druck auftretenden Trägheitsschläge gesondert hervor. Dieser Parameter wird durch die gleichen Positionen beeinflusst, die im vorherigen Absatz beschrieben wurden, jedoch wird dieser Fehler auf andere Weise reduziert. Dies kann verstanden werden, indem man den Moment untersucht, in dem der Einfluss dieses Fehlers auf die Druckqualität auftritt - eine scharfe Änderung der Richtung des Extruder-Bewegungsvektors. Wenn die Elektromotoren zusammen mit dem Antriebssystem die Richtung der Flugbahn abrupt ändern, bewegt sich der Druckkopf, der ein gewisses Eigengewicht hat, durch Trägheit weiter in die vorherige Richtung. Dadurch entstehen dynamisch gedämpfte Schwingungen, die die Oberfläche negativ reflektieren. Der Einfluss dieses Fehlers wird auf zwei Arten reduziert. Durch Reduzierung der Druckgeschwindigkeit des äußeren Umfangs, den wir beim Drucken aller Modelle ausnahmslos verwenden, und stellen Sie ihn in die Phase der Vorbereitung des G-Codes. Die zweite Methode wird beim Entwerfen des Modells festgelegt: Wenn möglich, müssen dem Modell an spitzwinkligen Kanten Verknüpfungen hinzugefügt werden, die beim Positionieren des Teils auf der 3D-Druckerplattform in Abschnitten parallel zur XY-Ebene Geben Sie scharfe Ecken in den Umfängen. Wie die Praxis zeigt, wird eine Paarung von 2 mm als ausreichend angesehen. Zeigen Sie am Beispiel.

Wie Sie in der Abbildung sehen können, haben wir durch Abrunden der Ecke (durch Einfügen einer Verrundung auf der Fläche) die Auswirkung dieses Fehlers minimiert.

Unkontrollierte Schrumpfung des Materials.

Dieser Parameter wirkt sich in der Regel beim 3D-Druck von großen Objekten aus. Groß – das bedeutet mehr als 30 % der maximalen Größe der 3D-Druckerkamera entlang einer der Koordinatenachsen. Am häufigsten manifestiert sich dieser Fehler in der Zwischenschichthaftung und einer Abnahme der Abmessungen in Ebenen parallel zu XY.

Unsere Beobachtungen haben für einige der gängigsten Materialien eine ungefähre Schrumpfung in Bezug auf die Querschnittsabmessungen entlang der parallelen Achsen ergeben.

ABS: um XY ≈ 5 %; um Z ≈ 1%

PLA: um XY ≈ 2%; um Z ≈ 0,5%

Polypropylen: bei XY ≈ 7%; um Z ≈ 10 %

Fehler der ersten Schicht.

Das G-Code-Vorbereitungsprogramm betrachtet die Plattform des 3D-Druckers als absolut parallel zur XY-Ebene, aber in der Praxis hat die Plattformkalibrierung auch ihren eigenen Fehler. IN Studia3D Die Norm für den Dickenunterschied der ersten Schicht ist:

Δ = 0.1 mm bei einer Schichthöhe von 0,2 mm

Δ = 0.05 mm bei einer Schichthöhe bis 0,2 mm

Porosität.

Porosität beim 3D-Druck wird meist nur bei Füllungsgrad der Innenplatten bis zu 100%. Beim Drucken mit 100 % Füllung geht die Porosität jedoch nirgendwo hin.

Dies ist deutlich zu erkennen, wenn man die Stelle, an der das Werkstück durchbricht, mit einem Mikroskop auf Ermittlung von Festigkeitseigenschaften.

Passgenauigkeit nach dem Drucken von Teilen, zusammenbrechen.

Wenn das Modell nicht im Druckbereich des 3D-Druckers enthalten ist, wird es in Komponenten aufgeteilt. Im besten Fall sind Nuten für die genaueste Montage vorgesehen. Es versteht sich, dass der Zusammenbau des Modells aus den Komponenten auch die Genauigkeit des Gesamtentwurfs beeinflusst. Diese Genauigkeit ist sehr schwer zu beurteilen. Wir akzeptieren Abweichungen vom angegebenen Modell in der Größenordnung von + - 2%. Um die Verbindung zu fixieren, verwenden wir fast nie Klebstoff, sondern verwenden spezielle chemische Lösung... Letztlich kleben die Teile nicht zusammen, sondern werden verlötet, nur nicht durch thermisches Aufschmelzen des Materials, sondern durch chemisches Aufschmelzen. Was die Haftfestigkeit angeht: Sie ist höher als die Haftung zwischen den Schichten. Einfach ausgedrückt: Wenn Sie ein solches Teil gegen eine Wand werfen, bricht es, aber hauptsächlich nicht an den Fugen.

Trennstellen des Trägermaterials.

Dieser Artikel bezieht sich auf mechanisch entfernbare Stützen. Da das Trägermaterial und das Material des Hauptteils aus dem gleichen Material bestehen, werden sie einfach unter Temperatureinfluss miteinander verlötet. Das Abreißen solcher Träger hinterlässt Spuren, Fäden, Späne usw.

Um diesen Fehler auf ein Minimum zu reduzieren, ist es notwendig 3D-Druck mit zu bestellen lösliche Träger... Aufgrund des teuren Materials des löslichen Trägers steigen auch die Kosten für den 3D-Druck deutlich an. Präzision erfordert wie Schönheit Opfer.

Rauheit einer dünnen Wand.

Bei der Erstellung des G-Codes in einer Standardform bemüht sich das Programm, Ihren Teil so stark wie möglich zu machen. Dies ist nur in einem Fall schlecht, wenn das Produkt dünnwandige Elemente hat. Beim Konstruieren der Trajektorie legen wir die minimale Wandstärke fest, innerhalb derer die eine Inschrift... Typischerweise entspricht diese Dicke dem 3-fachen des Düsendurchmessers. In Fällen, in denen die Dicke jedoch geringer ist als die Dicke der Außenwand, wird das Programm beim Konstruieren der Flugbahn auf jeder Seite einen Umfang umreißen und die Lücke zwischen ihnen füllen. Aufgrund der Tatsache, dass die Füllung in einem Abstand von 1 bis 2 Düsendurchmessern erfolgt, beginnt der Extruder zu vibrieren, es beginnt ein Trägheitsschlag (siehe Abschnitt Trägheitsschlag). Je weiter dieser Abstand auf 1 Düsendurchmesser reduziert wird, desto schneller tritt die Nahresonanzfrequenz auf. All dies wirkt sich negativ auf das Erscheinungsbild dieser Wand aus, da Vibrationen auf das umgebende Material übertragen werden. Sehen wir klar.

Um diesen Fehler zu minimieren, ist es notwendig, das Teil so zu gestalten, dass die Wandstärke ein Vielfaches des Düsendurchmessers beträgt. Der Unterschied liegt im Gesicht!

Output.

Abschließend möchte ich darauf hinweisen, dass beim Entwerfen von dreidimensionalen Modellen für den 3D-Druck die Gesamtheit aller Faktoren berücksichtigt werden muss, die die Genauigkeit von Produkten beeinflussen, und nicht irgendein bestimmter. Team Studia3D Jeden Tag arbeiten wir daran, dass der 3D-Druckprozess vollständig vorhersehbar und kontrollierbar ist, aber wie jede Art von Produktion hat auch der 3D-Druck seine eigene Präzision. Es gibt keine Idealgrößen. Daher freuen wir uns sehr, wenn neben dreidimensionalen Modellen auch eine Ausführungszeichnung des Produktes mitgeliefert wird, in der alle Passungen, Toleranzen, Rauheiten usw. angegeben sind. Nur in diesem Fall können wir die Technologie auswählen, den G-Code richtig vorbereiten und die vom Designer festgelegte Qualität garantieren. In anderen Fällen ist es vor Beginn einer Charge erforderlich, nach Prüfung und Auswahl der erforderlichen Parameter "Sichtungssiegel" herzustellen.