Desain struktur tersuspensi pencetakan 3D: meminimalkan sudut mandiri dan bahan pendukung

Konsep dasar dan tantangan struktur tersuspensi

Struktur tersuspensi mengacu pada bagian yang tidak ditopang oleh bahan di bawahnya selama proses pencetakan 3D. Ini adalah ciri khas yang membedakan manufaktur aditif dari manufaktur subtraktif. Proses FDM memiliki kemampuan suspensi yang terbatas dan biasanya memerlukan dukungan tambahan setelah sudut kemiringan melebihi 45 derajat. Proses SLA/DLP memiliki kemampuan suspensi yang lebih lemah dan memerlukan dukungan untuk hampir semua area proyeksi horizontal. Proses SLM logam juga memerlukan sejumlah besar struktur pendukung untuk menghantarkan panas dan mengendalikan deformasi. Desain struktur gantung yang tidak tepat dapat menyebabkan kegagalan pencetakan, penurunan kualitas permukaan, dan kesulitan dalam melepaskan penyangga. Pemahaman konsep sudut swadaya merupakan dasar desain yang optimal.

Standar sudut penyangga mandiri untuk berbagai proses

Sudut penyangga mandiri mengacu pada sudut kemiringan minimum yang memungkinkan struktur tersuspensi berhasil dicetak tanpa penyangga tambahan. Sudut swadaya proses FDM biasanya 45 derajat, yaitu bila sudut antara permukaan gantung dan permukaan horizontal tidak kurang dari 45 derajat, pencetakan bebas penyangga dapat dilakukan. Beberapa peralatan FDM kelas atas dapat meningkatkan sudut swadaya hingga 50-60 derajat dengan mengoptimalkan kontrol pendinginan dan ekstrusi. Sudut swadaya proses SLA/DLP lebih besar, biasanya 60-70 derajat. Sudut swadaya proses logam SLS/SLM bervariasi tergantung pada sifat termal material, biasanya berkisar antara 30-45 derajat. Standar sudut swadaya perlu ditentukan sesuai dengan proses yang digunakan selama desain.

Strategi desain untuk meminimalkan bahan pendukung

Mengurangi penggunaan bahan pendukung dapat mengurangi konsumsi bahan, mempersingkat waktu pencetakan, dan menyederhanakan prosedur pasca-pemrosesan. Yang pertama adalah mengarahkan bagian tersebut, sehingga sisi dengan area gantung terbesar menghadap ke platform pencetakan, atau sesuaikan permukaan gantung ke sudut yang curam. Langkah kedua adalah menambahkan talang dan mengubah tepi tajam yang ditangguhkan menjadi bevel agar kemiringan mencapai standar swadaya. Yang ketiga adalah merancang lubang dan mengubah struktur suspensi padat menjadi struktur rangka untuk mengurangi luas horizontal yang perlu ditopang. Yang keempat adalah pencetakan tersegmentasi, yang membagi bagian-bagian kompleks menjadi beberapa bagian dan mencetaknya secara terpisah sebelum dirakit. Setiap bagian dapat dicetak dengan arah optimal. Kelima adalah menggunakan struktur yang ada dan menggunakan dinding dan rusuk bagian itu sendiri sebagai penopang selama desain.

Keterampilan menerapkan bahan pendukung yang dapat larut

Untuk struktur tersuspensi dimana dukungan tidak dapat dihindari, penggunaan bahan pendukung yang dapat larut merupakan metode yang efektif untuk mengurangi kesulitan pasca-pemrosesan. Peralatan FDM nosel ganda dapat menggunakan nosel tambahan untuk mencetak penyangga PVA atau HIPS sementara nosel utama mencetak bahan komponen. Setelah dicetak, bagian tersebut direndam dalam air (PVA) atau larutan limonene (HIPS), dan struktur pendukung secara otomatis larut. Saat merancang penyangga larut, perhatian harus diberikan pada area kontak antara penyangga dan bagiannya. Jika area kontak terlalu besar maka akan meninggalkan jejak, dan jika area kontak terlalu kecil maka dukungan akan menjadi tidak stabil. Pengaturan kepadatan dukungan mempengaruhi kecepatan penghapusan, dan disarankan untuk mengaturnya ke 10-20%.

Pemeriksaan kualitas dan peningkatan struktur gantung

Setelah pencetakan selesai, diperlukan pemeriksaan kualitas khusus pada struktur gantung. Pertama-tama periksa kendurnya permukaan dan ukur deviasi antara posisi sebenarnya dari permukaan yang ditangguhkan dan posisi yang dirancang. Standar kualifikasi biasanya kurang dari 2 kali ketebalan lapisan. Kedua, periksa kekasaran permukaan. Permukaan atas dari permukaan yang tersuspensi biasanya lebih kasar dibandingkan permukaan samping. Perlu dievaluasi apakah memenuhi persyaratan penggunaan. Ketiga, periksa ketajaman tepinya. Mungkin terdapat sudut membulat atau gerinda pada tepian yang menggantung, sehingga memerlukan pasca-pemrosesan dan pemangkasan. Untuk struktur gantung yang tidak memenuhi syarat, alasannya perlu dianalisis dan parameter desain atau pencetakan harus dioptimalkan. Perbaikan umum mencakup penyesuaian arah pencetakan, penambahan dukungan, atau pengurangan kecepatan pencetakan.