Ograniczenia w druku 3D - część 2! 0
Ograniczenia w druku 3D

Czy na drukarce 3D można rzeczywiście wydrukować wszystko, jak podają niekiedy media? Czy kiedykolwiek spotkaliście się z informacją od firm świadczących usługi druku 3D, że Wasz model nie nadaje się do wykonania w technologii jaką oferują lub będzie miał widoczne niedoskonałości? Jak projektować, żeby nie spotkać się z takimi przeszkodami? Poniżej zebraliśmy kilka kluczowych informacji, które mogą przydać się przy projektowaniu pod najbardziej popularną wśród drukarzy technologię FDM. Zapraszamy do lektury drugiej części naszego zestawienia! 

 

 

 

 

 

1. Rozdzielczość drukarki w kierunku XY

Rozdzielczość drukarki w płaszczyźnie XY jest ściśle związana ze średnicą zastosowanej dyszy - standardowo w większości drukarek jest to 0,4mm. Ten wymiar jest związany z szerokością drukowanej ścieżki - upraszczając sprawę, mając zamontowaną w drukarce dyszę 0,4mm, drukowane przez nią ścieżki będą szerokości zbliżonej do tej wartości. Slicery pozwalają jednak na niewielkie zmiany szerokości ścieżek.

Skoro mamy ustaloną szerokość ścieżek wytłaczanego przez drukarkę filamentu, możemy mieć do czynienia z sytuacją, w której pożądany model ma elementy cieńsze, niż drukarka jest w stanie wykonać. Slicer może wtedy przeanalizować plik dwojako: albo zignoruje elementy o za cienkich ściankach albo zaprogramuje ich wydrukowanie jako pojedynczą, drukowaną ścieżkę.

 

przykładowe grubości ścianek: 0,2mm 0,3mm, 0,4mm, 0,5mm, 0,8mm, 1mm, 1,2mm 1,5 mm

przykładowe grubości ścianek po przygotowaniu w programie Simplify 3D: drukarka Ender 3, dysza 0,4mm, szerokość ścieżki - 0,4mm

 

Najbardziej optymalną minimalną szerokością ścianek jest taka, przy której drukarka wykona pełną pętlę zamiast pojedynczej ścieżki (4. pozycja na rysunku) - projektując więc np. obudowy, dobrze jest przyjąć grubości ścianek minimum 1mm.

Kolejnym ograniczeniem dotyczącym rozdzielczości w płaszczyźnie XY jest dokładność odwzorowania ostrych krawędzi - to także jest związane ze średnicą dyszy i minimalną, możliwą dla niej szerokością ścieżki. Jest to jednak bardziej skomplikowane zagadnienie. 


(https://www.researchgate.net/publication/256504147_Variable_Fused_Deposition_Modelling_-_analysis_of_benefits_concept_design_and_tool_path_generation)

Na powyższym rysunku theta - kąt zaostrzenia modelu, Error - błąd odtworzenia geometrii, r - połowa szerokości ścieżki ekstrudowanej przez dyszę, extrusion path - ścieżka ruchu osi dyszy ekstrudera.

Slicer programuje ruch głowicy tak, by uniknąć nakładania się na siebie drukowanych ścieżek - stąd widoczny na rysunku poziomy ruch głowicy. 

 

2. Dyskretyzacja modelu w osi Z

Ruch głowicy drukarki w płaszczyźnie jest dosyć płynny - inaczej ma się sytuacja z ruchem w osi Z, gdzie mamy skokową zmianę wartości, zgodną z zadeklarowaną w slicerze wysokością warstwy. W związku z tym w osi Z mamy do czynienia z tzw. efektem schodkowym.

https://www.researchgate.net/publication/256504147_Variable_Fused_Deposition_Modelling_-_analysis_of_benefits_concept_design_and_tool_path_generation

Dlatego też, jeżeli kluczowe krzywizny naszego modelu będą znajdować się wzdłuż kierunku Z, będą one obarczone niedokładnością związaną z tym efektem. Rozwiązaniem jest dobór orientacji wydruku tak, aby kluczowe krzywizny znajdowały się w płaszczyźnie XY lub drukowanie z zastosowaniem niskich wysokości warstwy (0,1mm) aby efekt schodowy był jak najmniej widoczny. Różnicę w wysokościach warstwy pokazujemy na modelu żabek - od lewej: warstwa 0,1mm, 0,2mm i 0,25mm.


 

3. Tolerancje wymiarowe

Projektując elementy współpracujące pod druk 3D musimy mieć na uwadze fakt, że tolerancje wymiarowe, odpowiedzialne za wzajemne pasowanie elementów, musimy zamodelować. Oznacza to, że modelując np. tulejkę o średnicy wewnętrznej 10mm, oraz wałek, który ma się w nią wsunąć, musi mieć on w modelu średnicę pomniejszoną o jednostronną odchyłkę, np. 9,8mm. Wartość luzu ma za zadanie zapewnić pożądane pasowanie (połączenie wciskowe, przesuwne, luźne) oraz skompensować niedokładności wymiarowe wykonania, np. będące skutkiem skurczu materiałowego. 

Ponieważ każdy materiał ma nieco inne parametry skurczu, zależne też od kształtu i rozmiaru modelu, nie da się jednoznacznie określić wartości luzu, jaki powinniśmy zamodelować pod druk. Dobrym punktem wyjścia dla połączeń przesuwnych (np. wieko obudowy, które ma umożliwić wielokrotne otwieranie i zamykanie) jest luz 0,2mm. 

Największe problemy w doborze pasowania będą oczywiście spełniać materiały podatne na większy skurcz przetwórczy, np. ABS, jednak dla każdego materiału należy wykonać wydruk próbny dla elementów współpracujących, sprawdzający, czy zamodelowane luzy są wystarczające. 

Jest to szczególnie ważne przy modelach open-source np. z thingiverse - nigdy nie mamy pewności, czy autor przewidział odpowiednie luzy, a sam model ciężko pod tym względem sprawdzić i przeedytować. Jeżeli model ma dużo “makes” i zamierzamy drukować z rodzaju materiału proponowanego przez autora, ryzyko problemu z pasowaniem jest znikome, natomiast z niesprawdzonymi modelami, lub przy zmianie proponowanego rodzaju materiału, mogą pojawić się komplikacje. Zawsze więc trzeba w takiej sytuacji być przygotowanym na konieczność lekkiej obróbki, np pilnikiem czy papierem ściernym.

 

4. Wykonywanie gwintów

Często modelujemy do druku obudowy, np. na elektronikę, gdzie przykrywka jest dokręcana za pomocą śrub. Wspomniany punkcie wyżej efekt schodkowy znacząco zniekształca drukowane powierzchnie gwintowe, szczególnie mniejszych rozmiarów. Dodatkowo taki drukowany gwint ulegnie szybkiemu wyrobieniu i zużyciu. Im mniejszy rozmiar gwintu, tym większe będą komplikacje w jego działaniu po wydrukowaniu.

Z tego właśnie powodu zaleca się projektować obudowy tak, aby następnie wtopić w  nie gwintowane wkładki (inserty), np. za pomocą lutownicy. Ważne żeby zaprojektowany otwór pod inserty był nieco mniejszy, niż ich zewnętrzna średnica (żeby miały gdzie się wtopić), dobrze żeby był też przelotowy - wtedy nadmiar przetopionego tworzywa nie zablokuje nam światła otworu.

Alternatywą takiego rozwiązania może być nagwintowanie otworu lub bezpośrednie wkręcenie wkrętu - wtedy jednak trzeba zadbać o pełne wypełnienie modelu lub grubsze jego obrysy. Nadal też będzie to gwint z tworzywa, przez co może być narażony na szybsze zużycie.

 

5. Konieczność stosowania struktur podporowych

Wydruki w technologii FDM wymagają stosowania podpór wszędzie tam, gdzie znacząca część modelu nie ma podparcia w wydrukowanej już strukturze. Można wykonywać podpory rozpuszczalne, jedna wymaga to drukarek wyposażonych w dwie głowice, na które zwykle domowi użytkownicy się nie decydują. 

Drukowanie podpór wprowadza szereg ograniczeń do modelu:

  • usuwalność podpór - model musi umożliwić ich wyłamanie, nie mogą też podpierać bardzo cienkich elementów, bo oderwiemy je wraz z supportem,
  • pogorszenie jakości powierzchni - powierzchnie drukowane nad podporami mają zauważalnie gorszą jakość,
  • wydłużenie czasu druku i zużycia filamentu.

Orientując model na stole starajmy się, by slicer wygenerował jak najmniej niezbędnych struktur podporowych. Warto także, tworząc model CAD, wykorzystywać zaokrąglenia i sfazowania, które umożliwiają druk opierający się na nawisach. 

 

 

Tak prezentuje się druga część najbardziej istotnych ograniczeń w druku 3D. Mamy nadzieję, że z nową wiedzą Wasze modele będą bezbłędne i będą drukować się bez najmniejszych problemów! :)

Jak zwykle zachęcamy do odwiedzenia naszego Facebooka i Instagrama - tam znajdziecie informacje o promocjach oraz zdjęcia naszych wydruków. Polecamy naszą grupę Druk 3D Warszawa - znajdziecie tam wiele przydatnych wskazówek i informacji o druku 3D!

 

 

 

Icons made by Freepik from www.flaticon.com

Komentarze do wpisu (0)

Menu Szukaj więcej więcej
do góry
Sklep jest w trybie podglądu
Pokaż pełną wersję strony
Sklep internetowy Shoper.pl