Проектирование подвесной конструкции с помощью 3D-печати: минимизация самонесущих углов и вспомогательных материалов

Основные концепции и проблемы подвесных конструкций

Подвесными конструкциями называют детали, которые не поддерживаются основными материалами в процессе 3D-печати. Это типичная особенность, которая отличает аддитивное производство от субтрактивного производства. Процесс FDM имеет ограниченные возможности подвески и обычно требует дополнительной поддержки после того, как угол наклона превышает 45 градусов. Процесс SLA/DLP имеет еще более слабые возможности приостановки и требует поддержки практически для любой области горизонтальной проекции. Процесс металлического SLM также требует большого количества опорных конструкций для проведения тепла и контроля деформации. Неправильная конструкция подвесных конструкций может привести к сбою печати, снижению качества поверхности и затруднениям при снятии опоры. Понимание концепции самонесущего угла является основой оптимального проектирования.

Стандарты угла самоподдержки для различных процессов

Угол самоподдержки относится к минимальному углу наклона, при котором подвесная конструкция может быть успешно напечатана без дополнительной поддержки. Самонесущий угол процесса FDM обычно составляет 45 градусов, то есть, когда угол между подвешенной поверхностью и горизонтальной поверхностью составляет не менее 45 градусов, можно выполнять печать без поддержки. Некоторое высококлассное оборудование FDM может увеличить угол самоподдержки до 50-60 градусов за счет оптимизации управления охлаждением и экструзией. Самонесущий угол процесса SLA/DLP больше, обычно 60-70 градусов. Самонесущий угол металлического процесса SLS/SLM варьируется в зависимости от термических свойств материала, обычно в диапазоне 30-45 градусов. Стандарт самонесущего угла необходимо определять в соответствии с процессом, использованным при проектировании.

Разработайте стратегию минимизации вспомогательных материалов

Сокращение использования вспомогательных материалов может снизить расход материала, сократить время печати и упростить процедуры постобработки. Первый — сориентировать деталь так, чтобы сторона с наибольшей подвешенной площадью была обращена к печатной платформе, или отрегулировать подвешенную поверхность под крутым углом. Второй шаг — добавить фаски и заменить подвешенные острые кромки фасками, чтобы наклон достиг самонесущего стандарта. В-третьих, спроектировать пустоты и заменить прочную подвесную конструкцию рамной, чтобы уменьшить горизонтальную площадь, которую необходимо поддерживать. Четвертый — сегментированная печать, при которой сложные детали разбиваются на несколько частей и перед сборкой печатаются отдельно. Каждую часть можно печатать в оптимальном направлении. Пятый – использовать существующую конструкцию и использовать в качестве опор при проектировании стенки и сами ребра деталей.

Навыки применения растворимых опор

Для подвесных конструкций, где поддержки невозможно избежать, использование растворимых опорных материалов является эффективным методом снижения сложности последующей обработки. Оборудование FDM с двумя соплами может использовать вспомогательное сопло для печати подложек PVA или HIPS, в то время как основное сопло печатает материалы деталей. После печати деталь погружается в воду (ПВА) или раствор лимонена (HIPS), и опорная конструкция автоматически растворяется. При проектировании растворимой опоры следует обратить внимание на зону контакта опоры с деталью. Если площадь контакта слишком велика, останутся следы, а если площадь контакта слишком мала, опора будет неустойчива. Настройка плотности поддержки влияет на скорость удаления, рекомендуется устанавливать ее на уровне 10-20%.

Проверка качества и доработка подвесных конструкций

После завершения печати требуется специальная проверка качества подвесных конструкций. Сначала проверьте провисание поверхности и измерьте отклонение между фактическим положением подвешиваемой поверхности и проектным положением. Квалификационный стандарт обычно составляет менее 2-кратной толщины слоя. Во-вторых, проверьте шероховатость поверхности. Верхняя поверхность подвешенной поверхности обычно более шероховатая, чем боковая. Необходимо оценить, соответствует ли он требованиям использования. В-третьих, проверьте остроту кромки. На свисающих краях могут быть закругленные углы или заусенцы, требующие последующей обработки и обрезки. Для неквалифицированных подвесных конструкций необходимо проанализировать причины и оптимизировать параметры конструкции или печати. Общие улучшения включают в себя настройку направления печати, добавление опор или снижение скорости печати.