Принципы проектирования толщины стены при 3D-печати: расчет минимальной толщины стены и руководство по балансу прочности конструкции

Принципы проектирования толщины стенок при 3D-печати: расчет минимальной толщины стенок и руководство по балансу прочности конструкции

Отличный дизайн для 3D-печати — это половина дела. Проектирование толщины стенок при 3D-печати. ​​Расчет минимальной толщины стенок и баланс прочности конструкции — это основные навыки, которыми должен овладеть каждый дизайнер и инженер, что напрямую влияет на успешность печати, качество деталей и стоимость производства.

Принципы проектирования и теоретическая основа

Существуют фундаментальные различия в концепциях дизайна между 3D-печатью и традиционными производственными процессами. Традиционное производство ограничено формами, режущими инструментами и процессами сборки, а степень свободы проектирования ограничена; С помощью 3D-печати можно создать практически любую сложную геометрическую форму, предоставляя широкое пространство для инноваций в дизайне. Однако эта степень свободы не лишена ограничений — такие факторы, как опорные конструкции, углы подвески, термические напряжения и т. д., по-прежнему ограничивают осуществимость конструкции.

Понимание принципов 3D-печати является основой для оптимизации дизайна. Процесс FDM формируется путем послойного накопления, сила межслоевого соединения слабая, а прочность в направлении Z обычно составляет только 30-50% от направления XY; процесс SLA формируется путем светоотверждения, который имеет хорошую изотропию, но имеет проблемы с усадкой при отверждении; Процесс SLS формируется путем спекания порошка, и детали оборачиваются неспеченным порошком без поддержки, но шероховатость поверхности высока.

Подробное объяснение ключевых параметров конструкции

При проектировании 3D-печати особого внимания требуют следующие параметры:

Толщина стенки. Слишком тонкая стенка сделает деталь хрупкой или даже невозможной для печати, а слишком толстая стенка приведет к перерасходу материала и увеличению термического напряжения. Различные процессы предъявляют разные требования к минимальной толщине стенок: FDM — около 1,0–1,5 мм, SLA — около 0,8–1,0 мм, SLS — около 1,0–1,5 мм, а печать металлом — около 1,5–2,0 мм.

Угол выступа. Для большинства процессов 3D-печати требуются опорные конструкции для печати нависающих деталей. Общее практическое правило таково: углы подвески менее 45° требуют поддержки; при наклоне менее 30° может потребоваться поддержка в зависимости от материалов и оборудования; угол более 45° обычно может быть самонесущим.

Скругления и фаски. Острые внутренние и внешние углы склонны к концентрации напряжений, что приводит к короблению или растрескиванию. Рекомендуется, чтобы все внутренние углы были скруглены минимум на 0,5 мм, а внешние углы были скошены или закруглены минимум на 0,3 мм.

Распространенные ошибки проектирования и исправления

Ниже приведены распространенные ошибки и способы их исправления при проектировании 3D-печати:

Ошибка 1: игнорирование требований поддержки. Глубокие полости, консоли и круто наклоненные поверхности требуют поддержки. Исправление: измените геометрию, добавьте опорные конструкции или отрегулируйте направление печати.

Ошибка 2: неравномерная толщина стен. Чрезмерная разница толщины стенок приводит к неравномерному охлаждению и деформации коробления. Исправление: старайтесь поддерживать как можно более равномерную толщину стенок или используйте ребра жесткости вместо толстых стенок.

Ошибка 3. Необоснованная конструкция допусков. Точность 3D-печати обычно составляет ±0,1–0,3 мм, и для сборки необходимо оставить достаточный зазор. План коррекции: оставьте зазор 0,2–0,3 мм для активной посадки, 0,05–0,1 мм для переходной посадки и используйте посадку с натягом с осторожностью.

Ошибка 4: игнорирование постобработки. Последующая обработка, такая как удаление поддержки, шлифовка, покраска и т. д., может изменить окончательные размеры. План исправления: зарезервируйте запас для постобработки на этапе проектирования или выберите процесс, не требующий постобработки.

Контрольный список дизайна

Перед отправкой на 3D-печать рекомендуется выполнить проверку по следующему контрольному списку:

✓ Соответствует ли минимальная толщина стенки технологическим требованиям?

✓ Требуется ли опора для угла подвеса? Легко ли снять опоры?

✓ Достаточно ли зазоров при сборке? Можно ли распечатать такие элементы, как резьба и защелки?

✓ Оптимизирована ли ориентация детали? Критическая поверхность обращена вверх?

✓ Вам нужно добавить структурные элементы, такие как ребра и скругления?

✓ Учитываются ли набор и поддержка совместного использования при пакетной печати?

Передовые технологии проектирования

С развитием технологии 3D-печати постепенно стали развиваться некоторые передовые технологии дизайна:

Оптимизация топологии: автоматическая структурная оптимизация на основе анализа методом конечных элементов, позволяющая свести к минимуму использование материалов и добиться облегчения конструкции при соблюдении требований к производительности.

Генеративное проектирование. Метод проектирования на основе искусственного интеллекта, который автоматически генерирует различные варианты дизайна для выбора на основе целей производительности и ограничений.

Решетчатая структура: решетчатая структура с внутренним заполнением значительно снижает вес, сохраняя при этом жесткость, что особенно подходит для аэрокосмических и биомедицинских применений.

Сводка

Принципы проектирования толщины стенок при 3D-печати: расчет минимальной толщины стенок и рекомендации по балансу прочности конструкции требуют сочетания теоретических знаний и практического опыта. Команда дизайнеров lantu3D имеет богатый опыт в проектировании 3D-печати и может предоставить клиентам полный цикл услуг, от оптимизации дизайна до производства и производства, гарантируя, что каждый дизайн может быть идеально реализован.