3D Podstawy drukowania

3D Drukowanie jest procesem produkcyjnym, który skutkuje tworzeniem obiektów, które mogą być wykorzystywane do wielu celów. Wyobraź sobie, że bierzesz pistolet do klejenia na gorąco i nakładasz trochę kleju na stół. Następnie nakładamy więcej kleju na poprzedni. W końcu stworzysz wystarczającą liczbę warstw, aby utworzyć ścianę.

3D Drukarki - w szczególności drukarki FDM (Fused Deposition Modeling) - robią to samo, ale o wiele bardziej precyzyjnie, a zamiast kleju używają tworzyw sztucznych. Inne rodzaje drukowania 3D mogą obejmować lasery, proszki lub płyny, ale skupiamy się tutaj na bardziej przyjaznych dla konsumenta drukarkach FDM.

Wkraczając w świat druku 3D , istnieje kilka sugerowanych elementów, które ułatwią ci podróż.

FDM oznacza "Fused Deposition Modeling" i jest rodzajem drukarki, która wykorzystuje filament, który jest wciągany do wytłaczarki, topiony i wyciskany z dyszy w celu uformowania części, którą chcesz wydrukować. Drukarki FDM są dojrzałe i w zależności od potrzeb można je nabyć już za 99 USD lub za dziesiątki tysięcy, w zależności od wymagań.

Pliki części do druku są zwykle dostępne w formacie STL, oznaczającym format stereolitograficzny. Powszechne są również pliki Step - można je łatwo otworzyć w programie CAD i przekonwertować na STL do druku. 3D CAD Oprogramowanie do projektowania 2D lub komputerowego wspomagania projektowania cad doskonale nadaje się do tworzenia własnych części opartych na cechach 3D zamiast szukania w Internecie części do wydrukowania przez kogoś innego.

Samo oprogramowanie2D CAD nie sprawdzi się dobrze w przypadku drukowania 3D . Są one stworzone do tworzenia elementów 2D, takich jak plany, podczas gdy drukowanie 3D jest przeznaczone do tworzenia rzeczy w 3D. Ważne jest, aby zrozumieć różne typy CAD i czy ten, który posiadasz, pozwoli ci stworzyć dane wyjściowe wymagane przez proces drukowania 3D .

Slicer to coś, co może konwertować modele 3D , coś, co rozumieją ludzie, na g-code, język zrozumiały dla drukarek 3D . Niektóre slicery są prawnie zastrzeżone, podczas gdy inne są programami typu open source. Wszystkie slicery odczytują głównie formaty plików STL do tworzenia części 3D . Istnieją pewne oparte na chmurze rozwiązania monitorujące, które towarzyszą slicerom, ale tutaj będziemy trzymać się podstaw.

Prawie wszystkie drukarki 3D będą dostarczane z slicerem zaprojektowanym dla drukarki 3D , a wiele slicerów innych firm jest zaprojektowanych dla wielu różnych drukarek.

Zacznijmy od omówienia ograniczeń drukarek 3D ! Podczas gdy druk 3D oferuje większą swobodę projektowania niż jakikolwiek inny proces produkcyjny, nie jesteśmy całkowicie wolni od konieczności projektowania pod kątem produkcji. Niektóre cechy wpływają negatywnie na jakość wydruku. Oto kilka rzeczy, o których należy pamiętać podczas projektowania produktów:

Wyobraź sobie, że drukujesz ten most, jak pokazano na rysunku. Ponieważ drukarki 3D pracują warstwa po warstwie, drukarka musi najpierw zbudować dwie wieże, które tworzą most, a następnie poprowadzić materiał między dwiema wieżami, bez żadnego podparcia materiału pomiędzy nimi. Jest to znane jako zwis lub most i należy go unikać, jeśli to możliwe, aby uzyskać najlepszą jakość wydruku.

Zwisy zależą od maszyny, ustawień drukowania, materiału, chłodzenia i innych czynników. Ogólna zasada mówi, że zwisy 45° będą zawsze drukowalne, a 60° będą zawsze drukowalne przy drobniejszych ustawieniach. Zwisy nie będą również stanowić problemu, jeśli nie znajdują się zbyt daleko od obsługiwanego materiału. Podczas określania, które z tych rozwiązań są 3D drukowalne, wszystkie te cechy mogą być uwzględnione w rozwiązaniu CAD .

Czasami nie można uniknąć zwisów i często drukarka Cię zaskoczy - po prostu przetestuj, co możesz zrobić.

W tym konkretnym przykładzie rozwiązaliśmy problem, powiększając boki, ale jest lepszy sposób. Możemy rozwiązać ten problem, drukując część do góry nogami, wykorzystując orientację części. Warto pomyśleć z wyprzedzeniem i zaprojektować część z uwzględnieniem mostków i zwisów, o czym będziemy mówić dalej.

Spójrz na powyższy przykład. Podjęcie decyzji o tym, którą stronę umieścić na stole roboczym i zaprojektowanie części w tej orientacji zapewnia wyższą jakość druku i zapobiega nieudanym wydrukom. Dzięki strategicznemu wyborowi, która strona jest górna, często można całkowicie uniknąć zwisów.

Najprościej można powiedzieć, że kołek, który ma dokładnie 3 cale, nie będzie pasował do otworu, który ma dokładnie 3 cale. Zawsze musi istnieć różnica wymiarowa, aby części pasowały do siebie. Drukarki 3D są również podatne na "nadbudowę", co oznacza, że można dodać trochę dodatkowego materiału poza zamierzonymi wymiarami, co zwykle skutkuje większymi kołkami i mniejszymi otworami niż zaprojektowano.

Nie ma na to prostego rozwiązania, ponieważ czynniki te w dużym stopniu zależą od rodzaju używanej drukarki i rodzaju materiału. Jednak uzyskanie dobrego dopasowania również nie jest trudne - rozsądnym punktem wyjścia jest zaplanowanie jednej części o 0,01" do 0,02" mniejszej niż część, do której będzie pasować, a wykonanie kilku prostych wydruków testowych przed ostatecznym wydrukiem może zaoszczędzić materiały i czas na optymalizację najlepszego dopasowania.

Krótko mówiąc, istnieją pewne wskazówki na początek, ale musisz przetestować możliwości swojej drukarki.

Doskonałe wydruki 3D zaczynają się od doskonałych ustawień! Po zaprojektowaniu części, ustawienia slicera mają największy wpływ na czas drukowania części, jakość wydruku i wytrzymałość części. Przyjrzyjmy się krytycznym ustawieniom:

Wysokość warstwy wydruku ma znaczący wpływ na czas drukowania części, a także na jakość tego, co jest drukowane. Według Kuznetsova, V. i in. w artykule badawczym "Strength of PLA Components Fabricated with Fused Deposition Technology Using a Desktop 3D Printer as a Function of Geometrical Parameters of the Process" (Wytrzymałość elementów z PLA wytworzonych w technologii osadzania topionego materiału przy użyciu drukarki biurkowej jako funkcja parametrów geometrycznych procesu).

Z badań wynika, że: "Wysokość warstwy miała największy wpływ na kohezję wewnątrzwarstwową. Wytrzymałość części zmniejszyła się wraz ze wzrostem wysokości warstwy dla wszystkich badanych dysz (0,4, 0,6 i 0,8 mm) w całym zakresie testowanych wartości wysokości warstwy. W przypadku badanych próbek spadek wytrzymałości przy zmianie wysokości warstwy z minimalnej na maksymalną był około 3,5-krotny". Ma to oczywiście swoją cenę. Należy spodziewać się znacznie dłuższego czasu drukowania w przypadku stosowania małych wysokości warstw.

Slicery domyślnie drukują puste części i wykorzystują wewnętrzny materiał podporowy znany jako wypełnienie, aby utrzymać wytrzymałość części. Użycie wypełnienia zamiast drukowania części jako litego elementu znacznie skraca zarówno czas potrzebny na wydruk, jak i ilość użytego materiału. Wypełnienie ma zmienną gęstość. Użytkownik może określić, czy chce, aby wnętrze części stanowiło 90% pustej przestrzeni, 50% pustej przestrzeni, 10% pustej przestrzeni lub dowolną wartość niestandardową.

Oprócz zmiennej gęstości, oprogramowanie do cięcia pozwala również na różne wzory. Zazwyczaj dostępne są wzory sześciokątne, gyroid, siatka i wiele innych rodzajów wzorów. Każdy z nich ma swoje wady i zalety, ale w przypadku wielu części, które nie są poddawane obciążeniom - takich jak te, które będą leżeć na półce - wybór wypełnienia nie ma znaczenia dla niczego poza czasem drukowania.

Pamiętasz ten most, na który patrzyliśmy podczas omawiania nawisów i mostków? Istnieje inny sposób na utrzymanie jakości w przypadku nawisów, który ma swój własny zestaw zalet i wad. Jest to znane jako użycie podpór lub materiału podporowego.

Materiał podporowy jest czymś, co slicer dodaje do wydruku i może być dostosowany przez slicer. Na przykład, można powiedzieć slicerowi, aby automatycznie dodawał materiał podporowy na zwisach, które przekraczają 60° lub inny określony kąt.

Trudności związane z używaniem materiału podporowego wiążą się z jego usuwaniem - materiał podporowy może wiązać się z drukowaną częścią, obniżając jakość wykończenia powierzchni. Możliwe jest również, że narzędzia używane do usuwania materiału podporowego mogą również stykać się z częścią i obniżać jakość.

Jeśli posiadasz drukarkę dwugłowicową, możesz użyć jednej głowicy do drukowania plastiku, a drugiej do drukowania materiału podporowego - co oznacza, że możesz wybrać materiał, z którego wykonany jest materiał podporowy. Zapewnia to większą elastyczność, ponieważ niektóre materiały podporowe są rozpuszczalne. W przeciwnym razie podpory będą drukowane przy użyciu tego samego materiału co część i będą musiały zostać odłupane po zakończeniu.

Filament do drukarek jest raczej wybaczający i może być drukowany w kilku temperaturach i nadal działać. Jednak precyzyjne dostrojenie może mieć znaczenie. Jednym ze sposobów na to są wieże temperaturowe. Wieża temperaturowa wymaga niestandardowego kodu g dla drukarek i jest raczej "używana na własne ryzyko".

Wieże temperaturowe są warstwowe i mają różne powtarzające się cechy, takie jak nawisy. Kod g jest ustawiony na drukowanie każdego elementu w innej temperaturze, aby zobaczyć, jak zmienia się jakość wydruku wraz ze zmianą temperatury. Możesz sprawdzić gotową część i wizualnie poszukać obszarów o wysokiej i niskiej jakości, aby uzyskać poczucie właściwej temperatury, której powinieneś użyć dla danego materiału.

Początkowe warstwy drukowane bezpośrednio na łożu są krytyczne - jeśli odpadną podczas drukowania, część będzie się poruszać, a wydruk zostanie utracony. Tworzywa termoplastyczne również zmieniają kształt podczas nagrzewania i chłodzenia, a w przypadku słabej przyczepności łoża początkowe warstwy mogą się wypaczyć podczas chłodzenia i nieznacznie unieść z łoża, co może również zrujnować część.

Przyczepność łoża nie tylko zapewnia wystarczającą powierzchnię, aby utrzymać część w pozycji stojącej przez cały czas drukowania, ale także pomaga złagodzić wypaczenie części.

Krajalnice mogą dodawać tratwy i obrzeża. Tratwa nakłada warstwy materiału na część, która ma zostać wydrukowana. Zapewnia doskonałą przyczepność i zapobiega tradycyjnym oznakom wypaczenia, ale może być trudny do usunięcia z części i zużywa więcej materiału. Obrzeże rozciąga się wokół pierwszej warstwy części i tworzy dodatkową powierzchnię do przylegania łoża. Obrzeża mogą być skuteczne w zapobieganiu wypaczeniom i mogą działać jako środek pośredni między użyciem tratwy a nieużywaniem dodatkowego materiału w celu zapobiegania wypaczeniom. Oba muszą zostać usunięte z części po wydrukowaniu podczas obróbki końcowej.

W zależności od materiału, z którego wykonane jest łoże drukujące i rodzaju drukowanego filamentu, wydruk może przylegać do niego zbyt mocno lub niewystarczająco. Klej w sztyfcie działa dobrze, ponieważ może zapobiegać wypaczaniu, a nawet zapewniać, że zużyte lub niedoskonałe łoża nadal mają potrzebną przyczepność. Klej w sztyfcie jest również rozpuszczalny w wodzie i z tego powodu łatwy do mycia.

Aktywną substancją chemiczną w lakierze do włosów, która powoduje wiązanie i sprawia, że działa, jest octan winylu lub kopolimer kwasu krotonowego, najczęściej znany jako PVA. Nie wszystkie lakiery do włosów zawierają ten pożądany składnik, więc upewnij się, że kupujesz lakier o maksymalnej mocy. Jako aerozol, są one łatwe do rozpylenia na łożu i nie wymagają ciągłego czyszczenia łoża drukującego. Lakier do włosów działa w wysokich temperaturach i jest hydrofobowy, więc dodaje korzyści w postaci utrzymywania wilgoci z dala. Należy pamiętać, że lakier do włosów jest łatwopalny.

Czasami, podczas drukowania z rozpuszczalnych materiałów, takich jak ABS lub PVB, dodatkowy filament jest rozpuszczany w substancji chemicznej, w której jest rozpuszczalny. Tworzy to "zawiesinę" lub "sok", który można wylać na stół drukujący. Po rozpoczęciu drukowania filament jest drukowany na zawiesinie lub soku, zamiast bezpośrednio na stole roboczym. Zwiększa to przyczepność materiału do stołu.

Podczas pracy z slicerami drukującymi 3D może się okazać, że slicer domyślnie tworzy pustą część. Oferuje to kilka wyraźnych korzyści - szybsze drukowanie, dużą oszczędność materiału i wypełnienie, które dodaje dużą wytrzymałość.

Podobnie jak dom opiera się na fundamencie dla stabilności, grubość powłoki jest stabilnością wydruku 3d . Określa ona grubość zewnętrznej części, zanim stanie się ona pusta i wypełniona wypełnieniem. Większa grubość powłoki jest oczywiście mocniejsza, ale wytrzymałość wiąże się z większą ilością materiału i dłuższym czasem drukowania.

PLA, skrót od kwasu polimlekowego, jest prawdopodobnie najpopularniejszym materiałem do drukowania 3D . Jest opłacalny, bardziej przyjazny dla środowiska niż wiele innych materiałów polimerowych i występuje w wielu odmianach. Nie wymaga podgrzewanego stołu. Jest wytwarzany ze skrobi kukurydzianej zamiast ropy naftowej.

ABS, skrót od Acrylonitrile Butadiene Styrene (akrylonitryl-butadien-styren), jest kolejnym powszechnie stosowanym materiałem do drukowania 3D i ogólnie jest popularnym tworzywem sztucznym. Może być przetwarzany za pomocą acetonu w celu wygładzenia i nabłyszczenia. ABS charakteryzuje się lepszą plastycznością (elastycznością) w porównaniu do PLA, choć również znacznie się wypacza. Należy zwrócić szczególną uwagę na przyczepność do podłoża, orientację i inne czynniki, aby zapobiec wypaczeniom.

PETG, skrót od Polyethylene Terephthalate Glycol Modified, zapewnia doskonałą równowagę między zaletami zarówno ABS, jak i PLA. Charakteryzuje się doskonałą przyczepnością warstw, odpornością na odkształcenia, zmniejszoną kurczliwością, dobrą odpornością chemiczną, jest bezwonny i łatwiejszy w obróbce niż ABS.

Nylon jest często wzmacniany cząsteczkami włókna węglowego, co czyni go wytrzymałym materiałem o szerokim zakresie zastosowań. Charakteryzuje się wysoką odpornością termiczną i niską kurczliwością, zwłaszcza dzięki dodatkom włókien węglowych.

Podoba Ci się pomysł wygładzania parą, ale nie chcesz spalić domu acetonem? PVB jest rozwiązaniem. PVB oferuje łatwość drukowania podobną do PLA 3D i jest rozpuszczalny w alkoholu izopropylowym, dzięki czemu można go wygładzać bez ostrzejszych chemikaliów. Podobnie jak PLA, jest niskokurczliwy, łatwy do drukowania i bezwonny.

Ten rzadziej używany materiał jest fantastyczny dla produktów codziennego użytku. Może zginać się tam, gdzie inne materiały pękają, a nawet może wspierać drukowanie żywych zawiasów. Materiał ten charakteryzuje się przyczepnością, dzięki czemu świetnie leży w dłoni. Polipropylen jest bardzo odporny chemicznie. Ponieważ polipropylen jest drugim najczęściej używanym tworzywem sztucznym, tuż za polietylenem, nadaje się również do recyklingu.

TPU, skrót od Thermoplastic Polyurethane, to miękkie i elastyczne włókna. Włókno to może bardziej przypominać gumę lub silikon niż rzeczywisty plastik. Charakteryzuje się naturalnie doskonałą przyczepnością do podłoża, niską odkształcalnością i jest bezwonny.

PC, czyli poliwęglan, jest trudnym materiałem do drukowania. Ma wysokie wymagania temperaturowe, tak wysokie, że większość drukarek nie będzie w stanie go wydrukować. Wymaga bardzo gorącego stołu drukującego i obudowy, aby powietrze z otoczenia było wystarczająco gorące, aby umożliwić drukowanie. Poliwęglan ma dobrą odporność na uderzenia, ciepło i chemikalia, jest zwykle przezroczysty i można go zginać bez łamania. Materiał ten jest wrażliwy na wilgoć i należy stosować specjalne środki, aby utrzymać go w suchości.

3D Drukowane części mogą być często ulepszane po wydrukowaniu. Można je malować, wygładzać parą i nie tylko.

Czasami potrzeba trochę więcej wysiłku, aby uzyskać idealne dopasowanie dwóch części. Jeśli materiału jest nieco za dużo, drobnoziarnisty papier ścierny może wystarczyć do wygładzenia i usunięcia materiału, aby uzyskać idealne dopasowanie.

Niektóre materiały mogą być rozpuszczane przez chemikalia. Najczęściej omawianym przypadkiem jest ABS i aceton. Aceton jest niebezpieczną substancją chemiczną i należy się z nim obchodzić po odpowiednim przeszkoleniu. Jeśli ABS zostanie wystawiony na działanie oparów acetonu, stopi się on na zewnątrz wydruku, wygładzając go i ukrywając linie warstw. Lepszym rozwiązaniem niż ABS do wygładzania oparów są materiały na bazie poliwinylobutyralu (PVB). Materiał ten jest rozpuszczalny w alkoholu izopropylowym, co oznacza, że można go wygładzać przy mniejszym ryzyku. Materiały te drukują się równie łatwo jak PLA, są bezwonne i oferują niski skurcz i wypaczenie.

3D Drukowanie ma wiele aspektów i cech, które sprawiają, że jest świetne. Wiele uwagi poświęcono oszczędności materiału, czasu i pieniędzy podczas drukowania 3D . Niewiele procesów oferuje taki poziom swobody projektowania, jak druk 3D . Ciesz się możliwością przekształcenia swoich marzeń w rzeczywistość!