Come progettare parti per la stampa 3D FDM
Come progettare parti per la stampa 3D FDM?
Cos'è il processo di stampa 3D FDM?
La stampa 3D FDM è un processo di produzione additiva che utilizza la tecnica dell'estrusione del materiale. Conosciuta anche come fabbricazione di filamenti fusi (FFF), la FDM è la tecnologia di stampa 3D più utilizzata.
Essendo la tecnologia di stampa 3D più conveniente sul mercato, la modellazione a deposizione fusa (FDM) è una scelta eccellente per la prototipazione rapida ed economica e può essere utilizzata in una varietà di applicazioni.
Come tutti i metodi di produzione, la tecnologia FDM presenta alcune limitazioni e restrizioni su ciò che può essere stampato. Ora spiegheremo come adattare il tuo progetto per una qualità di stampa FDM ottimale.
Come progettare la stampa 3D FDM?
Per ottenere i migliori risultati, tieni a mente le capacità e i vincoli di FDM’ quando progetti una parte per la STAMPA 3D FDM.
Colmare
Il bridging in FDM si verifica quando la stampante deve stampare tra due supporti o punti di ancoraggio.
Poiché non c'è nulla su cui costruire, non viene offerto alcun supporto per lo strato iniziale da stampare e il materiale tende a piegarsi. I ponti si verificano più spesso in fori ad asse orizzontale presenti nelle pareti degli oggetti o nello strato superiore (o tetto) di parti cave.
Una soluzione è ridurre la distanza del ponte, ma l'impatto di ciò dipende dai vincoli di progettazione della parte.
Un'altra soluzione per evitare cedimenti è includere un supporto. Il supporto offre una piattaforma temporanea su cui costruire il livello ponte. Il materiale di supporto viene rimosso una volta completata la stampa, anche se può lasciare segni o danneggiare la superficie dove il supporto era collegato alla parte finale.
Considerazioni chiave sulla progettazione:A causa della natura della tecnologia FDM, cedimenti o segni del materiale di supporto sono in una certa misura sempre presenti, a meno che il ponte non sia inferiore a 5 mm.
Se è necessaria una superficie liscia e livellata, una soluzione avanzata consiste nel dividere il disegno in parti separate o eseguire una qualche forma di post-elaborazione.
Foro dell'albero verticale
FDM spesso stampa fori dell'albero verticale sottodimensionati. Il processo di stampa di tali fori e le ragioni della loro riduzione di diametro possono essere così riassunti:
Quando l'ugello stampa il perimetro del foro dell'asse verticale, comprime lo strato appena stampato sullo strato di costruzione esistente per migliorare l'adesione.
La forza di compressione dell'ugello deforma la forma dello strato circolare estruso da una forma rotonda a una forma più ampia e piatta.
Ciò aumenta l'area di contatto con lo strato precedentemente stampato, migliorando l'adesione ma allargando la sezione di estrusione.
Ciò si traduce in un'apertura stampata più piccola. Questa riduzione può rappresentare un problema, soprattutto quando si stampano fori di piccolo diametro, dove l'effetto è maggiore a causa del rapporto tra diametro del foro e diametro dell'ugello.
La quantità di sottodimensione dipende dalla stampante, dal software di slicing, dalla dimensione del foro e dal materiale.
La riduzione del diametro dei fori dell'asse verticale viene spesso presa in considerazione dal programma di slicing, ma la precisione può variare. Potrebbero essere necessarie diverse stampe di prova per ottenere la precisione desiderata. Se è richiesto un elevato livello di precisione, potrebbe essere necessario praticare il foro dopo la stampa.
Considerazioni chiave sulla progettazione: Se il diametro del foro dell'asse verticale è critico, il consiglio è di stamparlo sottodimensionato e quindi praticare il foro al diametro corretto.
Sporgenza
I problemi di sporgenza sono uno dei problemi di qualità di stampa FDM più comuni. Le tende si verificano quando uno strato di materiale stampato è supportato solo parzialmente dallo strato sottostante. Come nel caso del bridging, il supporto insufficiente fornito dalla superficie sotto lo strato di costruzione può comportare una scarsa adesione, rigonfiamento o arricciamento dello strato.
A seconda del materiale, di solito è possibile stampare sporgenze fino al 45° senza compromettere la qualità. Al 45°, il nuovo strato stampato è supportato dal 50% dello strato precedente. Questo crea supporto e adesione sufficienti per costruire.
Oltre il 45°, è necessario un supporto per garantire che lo strato appena stampato non si rigonfi verso il basso e si allontani dall'ugello.
Un altro problema che si presenta quando si stampano le sporgenze è l'arricciatura. Gli strati appena stampati diventano sempre più sottili in corrispondenza dei bordi sovrastanti. Ciò provoca un raffreddamento non uniforme, provocandone la deformazione verso l'alto.
Considerazioni chiave sulla progettazione: È possibile superare i limiti degli sbalzi utilizzando supporti per angoli delle pareti superiori al 45°. Per sporgenze più grandi che richiedono supporto, sulla superficie finale appariranno dei segni, a meno che non venga eseguita la post-elaborazione.
Angoli
Poiché gli ugelli della stampa FDM sono rotondi, i raggi degli angoli e dei bordi sono uguali alla dimensione dell'ugello. Ciò significa che le caratteristiche non saranno mai perfettamente quadrate.
Il primo strato di stampa è particolarmente importante per spigoli vivi e angoli. Come discusso in precedenza per i fori verticali, per ogni strato stampato, l'ugello comprime il materiale stampato verso il basso per migliorare l'adesione. Per lo strato di stampa iniziale, questo crea una svasatura spesso chiamata an"piede di elefante."
La svasatura sporge oltre le dimensioni specificate e influisce sulla capacità di assemblare la parte FDM.
Un altro problema comune con la stampa FDM del primo strato è la deformazione. Rispetto al PLA, l'ABS è più soggetto a deformazioni a causa delle temperature di stampa più elevate. Lo strato inferiore è il primo strato da stampare. Si raffredda mentre altri strati termici vengono stampati sopra. Ciò si traduce in un raffreddamento non uniforme e può causare l'arricciamento dello strato di base dalla piastra di costruzione mentre si restringe.
L'aggiunta di smussi o raggi lungo i bordi delle parti che entrano in contatto con la piastra di costruzione può ridurre l'impatto di questi problemi. Ciò facilita anche la rimozione dei componenti dalla piastra di costruzione una volta completata la stampa.
Considerazioni chiave sulla progettazione: se l'assemblaggio o le dimensioni complessive sono fondamentali per la funzionalità della parte FDM, includere uno smusso o un raggio del 45% su tutti i bordi che entrano in contatto con la piastra della piattaforma di costruzione.
Perno verticale
I perni verticali vengono spesso stampati utilizzando FDM quando le parti devono essere assemblate o allineate. È fondamentale conoscere la dimensione dei perni verticali che FDM può stampare con precisione, poiché queste funzionalità sono spesso utili.
I tasselli di grandi dimensioni (più grandi di 5 mm di diametro) sono stampati con perimetro e imbottitura per fornire un forte collegamento al resto della stampa.
I tasselli di diametro inferiore (meno di 5 mm di diametro) possono essere costituiti solo da stampa periferica senza riempimento. Ciò crea una discontinuità tra il resto della stampa e i perni, risultando in una connessione debole che può facilmente rompersi. Nel peggiore dei casi, un piccolo spillo potrebbe non essere stampato affatto perché non c'è abbastanza materiale di stampa per far aderire lo strato appena stampato.
Una corretta calibrazione della stampante (inclusa l'altezza ottimale dello strato, la velocità di stampa, la temperatura degli ugelli, ecc.) spesso riduce la probabilità di guasti ai pin. L'aggiunta di un raggio alla base del perno elimina le concentrazioni di stress in quel punto e aumenta la resistenza. Per i perni critici di diametro inferiore a 5 mm, i perni standard inseriti nei fori stampati potrebbero essere la soluzione migliore.
Considerazioni chiave sulla progettazione: Se il tuo disegno contiene spilli di diametro inferiore a 5 mm, aggiungi un piccolo raccordo alla parte inferiore dello spillo. Se la funzionalità è fondamentale, valuta la possibilità di includere un foro nel progetto nella posizione del perno, praticare il foro alla dimensione corretta e inserire i perni disponibili in commercio.
Suggerimenti per la progettazione FDM avanzata
Quando stampi con FDM, considera come ridurre la quantità di supporto richiesto, l'orientamento di una parte e la direzione in cui la parte viene costruita sulla piattaforma di costruzione.
Dividere il modello
La suddivisione di un modello può spesso ridurne la complessità, risparmiando costi e tempo. Le sporgenze che richiedono una grande quantità di supporto possono essere rimosse semplicemente dividendo una forma complessa in sezioni stampate individualmente. Se lo si desidera, le sezioni possono essere incollate insieme una volta completata la stampa.
Orientamento del foro
Il modo migliore per evitare il supporto dei fori è modificare l'orientamento della stampa. La rimozione del supporto nei fori con asse orizzontale può spesso essere difficile, ma la rotazione della direzione di costruzione del 90° elimina la necessità del supporto. Per componenti con più fori in direzioni diverse, dare la priorità ai fori ciechi, seguiti dai fori con diametri dal più piccolo al più grande e quindi dalla criticità della dimensione del foro.
Costruisci la direzione
A causa della natura anisotropa della stampa FDM, comprendere l'applicazione di un componente e il modo in cui è costruito è fondamentale per il successo di un progetto. I componenti FDM sono intrinsecamente più deboli in una direzione a causa dell'orientamento dei livelli.
Migliori pratiche di stampa 3D FDM
Se il ponte supera i 5 mm, potrebbero verificarsi cedimenti o segni del materiale di supporto. La suddivisione del progetto o la post-elaborazione può eliminare questo problema.
Per diametri critici dei fori verticali, praticare i fori dopo la stampa per una maggiore precisione.
L'aggiunta di supporti consentirà alla stampante FDM di stampare angoli di parete superiori al 45°.
Includere uno smusso o un raggio di 45° gradi su tutti i bordi della parte FDM che entrano in contatto con la piastra di costruzione.
Per le applicazioni con perni verticali piccoli, aggiungere un piccolo raccordo sul fondo o prendere in considerazione l'inserimento di perni standard nei fori stampati.
Dividere il modello, riorientare i fori e specificare le direzioni di costruzione sono tutti fattori che possono ridurre i costi, accelerare il processo di stampa e aumentare la resistenza del progetto e la qualità di stampa.
