บทนำ: เหตุใดการออกแบบแล่และการลบมุมจึงมีความสำคัญ
ในการออกแบบชิ้นส่วนที่พิมพ์แบบ 3 มิติ เนื้อและการลบมุมไม่เพียงแต่คำนึงถึงความสวยงามเท่านั้น แต่ยังรวมถึงองค์ประกอบการออกแบบที่สำคัญที่ส่งผลต่อความแข็งแรงโครงสร้างของชิ้นส่วน อัตราความสำเร็จในการพิมพ์ และประสิทธิภาพหลังการประมวลผล เมื่อเปรียบเทียบกับการตัดเฉือน CNC แบบดั้งเดิม กระบวนการพิมพ์ 3D มีข้อดีและข้อจำกัดเฉพาะตัวในการประมวลผลมุมที่คมชัด บทความนี้จะวิเคราะห์หลักการออกแบบของฟิเลต์และการลบมุมในชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติอย่างเป็นระบบจากมุมมองของการปฏิบัติงานด้านวิศวกรรม ช่วยให้วิศวกรตัดสินใจในการออกแบบได้อย่างสมเหตุสมผลมากขึ้น
หลักการความเข้มข้นของความเครียดและการวิเคราะห์ความล้มเหลวของชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติ
การวิจัยกลศาสตร์ของวัสดุแสดงให้เห็นว่าค่าสัมประสิทธิ์ความเข้มข้นของความเค้นภายในชิ้นส่วนมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับรูปทรงเรขาคณิต เมื่อชิ้นส่วนอยู่ภายใต้ภาระ ปัจจัยความเข้มข้นของความเครียดที่มุมเฉียบพลันสามารถสูงถึง 3-5 เท่า ซึ่งหมายความว่าแม้ว่าปัจจัยด้านความปลอดภัยโดยรวมจะเพียงพอ พื้นที่มุมแหลมก็อาจยังคงเป็นจุดเริ่มต้นของรอยแตกเมื่อยล้า ในการพิมพ์ 3D เนื่องจากลักษณะของการผลิตแบบหลายชั้น แรงยึดเหนี่ยวระหว่างชั้นที่มุมแหลมจึงอ่อนแอตามธรรมชาติ ซึ่งเพิ่มความเสี่ยงของการกระจุกตัวของความเครียด ตามสถิติเกี่ยวกับกรณีความล้มเหลว ประมาณ 65% ของความล้มเหลวทางโครงสร้างของชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วย 3D เกิดขึ้นในพื้นที่มุมแหลม ดังนั้นในการออกแบบการพิมพ์ 3D การออกแบบเนื้อและการลบมุมที่เหมาะสมจึงไม่ใช่ทางเลือก แต่เป็นมาตรการด้านความปลอดภัยที่จำเป็น ควรกำหนดรัศมีของเนื้อตามทิศทางและขนาดของน้ำหนักในระหว่างการออกแบบ โดยทั่วไปแนะนำว่ารัศมีเนื้อขั้นต่ำไม่ควรน้อยกว่า 25% ของความหนาของผนังของชิ้นส่วน
ข้อกำหนดรัศมีเนื้อขั้นต่ำในกระบวนการ SLA และ SLS
ข้อกำหนดสำหรับรัศมีเนื้อระหว่างกระบวนการพิมพ์ 3D ที่แตกต่างกันมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ สำหรับกระบวนการบ่มด้วยแสง SLA เนื่องจากคุณลักษณะไอโซโทรปิกของการบ่มด้วยเรซิน แนะนำให้ใช้รัศมีเนื้อปลาขั้นต่ำไม่น้อยกว่า 0.5 มม. ในกระบวนการเผาผนึกไนลอน SLS คุณลักษณะของการเผาผนึกด้วยผงทำให้รัศมีเนื้อขั้นต่ำลดลงเหลือ 0.3 มม. แต่ต้องให้ความสนใจกับปัญหาผงตกค้าง เนื่องจากผลกระทบของชั้นในกระบวนการสะสมหลอมรวม FDM รัศมีของเนื้อจึงแนะนำให้ไม่น้อยกว่า 0.8 มม. ในกระบวนการโลหะ SLM เนื่องจากมีความเครียดจากความร้อน รัศมีเนื้อจึงไม่ควรน้อยกว่า 1.0 มม. และแนะนำให้ใช้การเปลี่ยนแปลงแบบค่อยเป็นค่อยไปแทนที่จะเป็นรัศมีคงที่เพื่อกระจายความเข้มข้นของความเครียดจากความร้อน ค่าเชิงประจักษ์ที่สรุปโดย lantu3D ในโครงการจริงคือ รัศมีเนื้อของชิ้นส่วนที่รับน้ำหนักไม่ควรน้อยกว่า 1.5 มม. และรัศมีของชิ้นส่วนที่ไม่รับน้ำหนักไม่ควรน้อยกว่า 0.8 มม. ค่าเหล่านี้ได้รับการตรวจสอบจากหลายร้อยโครงการและมีความน่าเชื่อถือสูง
การประยุกต์ใช้การออกแบบลบมุมในการประกอบและหลังการประมวลผล
การออกแบบ Chamfer มีคุณค่าเชิงปฏิบัติหลายประการในชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติ ประการแรก ในสถานการณ์การประกอบ การลบมุม 1-2 มม. สามารถปรับปรุงประสบการณ์การประกอบรูเพลาที่พอดีได้อย่างมาก และลดโอกาสที่ชิ้นส่วนจะติดขัด ประการที่สอง ในกระบวนการหลังการประมวลผล การออกแบบการลบมุมสามารถลดความยากในการเจียรและขัดเงา และหลีกเลี่ยงการสะสมวัสดุที่มุมแหลมคม สำหรับการเตรียมพื้นผิวที่ต้องใช้อโนไดซ์หรือการทาสี การออกแบบการลบมุมจะช่วยให้การเคลือบมีความสม่ำเสมอ จากการปฏิบัติแสดงให้เห็นว่าการออกแบบลบมุมที่เหมาะสมสามารถลดชั่วโมงหลังการประมวลผลลงได้ 30-50% ในขณะเดียวกันก็ปรับปรุงคุณภาพรูปลักษณ์ของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายได้อย่างมาก นอกจากนี้การออกแบบการลบมุมยังช่วยลดการใช้อุปกรณ์รองรับการพิมพ์อีกด้วย เมื่อเป็นไปได้ การใช้ chamfer แทน fillets สามารถลดพื้นที่สัมผัสของ support และอำนวยความสะดวกในการถอดออกในภายหลัง สำหรับปลายเริ่มต้นของเกลียวนอกและปาก การออกแบบการลบมุมมีความจำเป็นมากยิ่งขึ้น ซึ่งสามารถป้องกันการบิ่นของเกลียวและปากแตกร้าวได้อย่างมีประสิทธิภาพ
กรณีทางวิศวกรรม: กระบวนการที่สมบูรณ์ตั้งแต่ความล้มเหลวที่มุมเฉียบพลันไปจนถึงการปรับมุมโค้งมนให้เหมาะสม
เมื่อบริษัทชิ้นส่วนรถยนต์พัฒนาโครงยึดเครื่องยนต์ การออกแบบเบื้องต้นได้นำการเปลี่ยนมุมแหลมหลายมุม (รัศมี 0.2 มม.) รอยแตกปรากฏขึ้นในรอบแรกของตัวอย่างที่พิมพ์ออกมาในระหว่างการทดสอบการสั่นสะเทือน และตำแหน่งที่เสียหายทั้งหมดกระจุกตัวอยู่ในพื้นที่มุมแหลม ด้วยการปรับรัศมีการเปลี่ยนแปลงให้เหมาะสมเป็น 1.5 มม. และใช้การออกแบบฟิลเล็ตแบบไล่ระดับ ตัวอย่างรอบที่สองจึงผ่านการทดสอบความล้าจากแรงสั่นสะเทือน 2 ล้านครั้งได้สำเร็จ กรณีนี้ยังพบว่าการเพิ่มประสิทธิภาพของฟิเลต์ไม่เพียงแต่ปรับปรุงความแข็งแรงของโครงสร้างเท่านั้น แต่ยังปรับปรุงคุณภาพการพิมพ์โดยไม่คาดคิดด้วย โครงสร้างรองรับถอดออกได้ง่ายขึ้น และความขรุขระของพื้นผิวลดลงประมาณ 25% การปรับปรุงนี้ช่วยลดเวลาหลังการประมวลผลของชิ้นงานชิ้นเดียวจาก 45 นาทีเหลือ 28 นาที เมื่อพิจารณาจากผลผลิตปีละ 5,000 ชิ้น จะช่วยประหยัดเวลาในการทำงานได้ประมาณ 1,400 ชั่วโมงต่อปี ประสบการณ์ของบริษัทได้รวมอยู่ในมาตรฐานการออกแบบการพิมพ์ 3D ซึ่งกำหนดให้รัศมีการเปลี่ยนแปลงของชิ้นส่วนรับน้ำหนักทั้งหมดไม่น้อยกว่า 1.0 มม. กรณีนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าการออกแบบเนื้อและการลบมุมไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์เท่านั้น แต่ยังส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการผลิตและต้นทุนการผลิตอีกด้วย
รายการตรวจสอบการออกแบบและข้อผิดพลาดทั่วไป
เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของการออกแบบฟิลเล็ตและการลบมุมของชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วย 3D ขอแนะนำให้ดำเนินการตรวจสอบต่อไปนี้หลังจากการออกแบบเสร็จสิ้น: ขั้นแรก ยืนยันว่าฟิลเล็ตทรานซิชันถูกตั้งค่าไว้ที่มุมแหลมทุกมุม (
ส่งโมเดล แบบแปลน รูปภาพ หรือบันทึกเป็นลายลักษณ์อักษร วิศวกรจะตรวจสอบวัสดุ กระบวนการ การตกแต่ง และการส่งมอบตามการใช้งานจริง