แนวคิดพื้นฐานและความท้าทายของโครงสร้างแบบแขวน
โครงสร้างแบบแขวนหมายถึงชิ้นส่วนที่ไม่ได้รับการสนับสนุนโดยวัสดุที่ซ่อนอยู่ในระหว่างกระบวนการพิมพ์ 3 มิติ เป็นคุณลักษณะทั่วไปที่ทำให้การผลิตแบบเติมเนื้อแตกต่างจากการผลิตแบบหักลบ กระบวนการ FDM มีความสามารถในการกันสะเทือนที่จำกัด และมักจะต้องการการสนับสนุนเพิ่มเติมหลังจากที่มุมเอียงเกิน 45 องศา กระบวนการ SLA/DLP มีความสามารถในการกันสะเทือนที่อ่อนแอกว่า และต้องการการสนับสนุนสำหรับพื้นที่ฉายภาพแนวนอนเกือบทุกประเภท กระบวนการโลหะ SLM ยังต้องการโครงสร้างรองรับจำนวนมากเพื่อนำความร้อนและควบคุมการเสียรูป การออกแบบโครงสร้างแบบแขวนที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้การพิมพ์ล้มเหลว คุณภาพพื้นผิวลดลง และความยากลำบากในการถอดส่วนรองรับ การทำความเข้าใจแนวคิดเรื่องมุมรองรับตัวเองเป็นพื้นฐานสำหรับการออกแบบที่เหมาะสมที่สุด
มุมรองรับตัวเองมาตรฐานสำหรับกระบวนการที่แตกต่างกัน
มุมรองรับตัวเองหมายถึงมุมเอียงขั้นต่ำที่สามารถพิมพ์โครงสร้างแบบแขวนได้สำเร็จโดยไม่ต้องมีอุปกรณ์รองรับเพิ่มเติม มุมรองรับตัวเองของกระบวนการ FDM มักจะอยู่ที่ 45 องศา นั่นคือเมื่อมุมระหว่างพื้นผิวแขวนลอยและพื้นผิวแนวนอนไม่น้อยกว่า 45 องศา ก็สามารถพิมพ์ได้โดยไม่ต้องรองรับ อุปกรณ์ FDM ระดับไฮเอนด์บางตัวสามารถเพิ่มมุมการรองรับตัวเองเป็น 50-60 องศาโดยการปรับการควบคุมความเย็นและการอัดขึ้นรูปให้เหมาะสม มุมที่รองรับตัวเองของกระบวนการ SLA/DLP มีขนาดใหญ่กว่า ปกติคือ 60-70 องศา มุมรองรับตัวเองของกระบวนการโลหะ SLS/SLM จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางความร้อนของวัสดุ ซึ่งโดยปกติจะอยู่ในช่วง 30-45 องศา มาตรฐานมุมรองรับตัวเองจะต้องถูกกำหนดตามกระบวนการที่ใช้ในระหว่างการออกแบบ
กลยุทธ์การออกแบบเพื่อลดวัสดุรองรับ
การลดการใช้วัสดุรองรับสามารถลดการใช้วัสดุ ลดระยะเวลาการพิมพ์ และลดความซับซ้อนของขั้นตอนหลังการประมวลผล ประการแรกคือปรับทิศทางชิ้นส่วน โดยให้ด้านที่มีพื้นที่แขวนที่ใหญ่ที่สุดหันหน้าไปทางแท่นพิมพ์ หรือปรับพื้นผิวแขวนให้เป็นมุมที่สูงชัน ขั้นตอนที่สองคือการเพิ่มการลบมุมและเปลี่ยนขอบคมที่แขวนไว้เป็นมุมเอียงเพื่อให้ความเอียงไปถึงมาตรฐานที่รองรับตัวเอง ประการที่สามคือการออกแบบโพรงและเปลี่ยนโครงสร้างแขวนทึบเป็นโครงสร้างเฟรมเพื่อลดพื้นที่แนวนอนที่ต้องได้รับการรองรับ ประการที่สี่คือการพิมพ์แบบแบ่งส่วน ซึ่งแบ่งส่วนที่ซับซ้อนออกเป็นหลายส่วน และพิมพ์แยกกันก่อนการประกอบ แต่ละส่วนสามารถพิมพ์ได้ในทิศทางที่เหมาะสมที่สุด ประการที่ห้าคือการใช้โครงสร้างที่มีอยู่และใช้ผนังและซี่โครงของชิ้นส่วนเป็นตัวรองรับในระหว่างการออกแบบ
ทักษะการประยุกต์ใช้ตัวรองรับที่ละลายน้ำได้
สำหรับโครงสร้างแขวนลอยที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงการรองรับได้ การใช้วัสดุรองรับที่ละลายน้ำได้เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการลดความยากในขั้นตอนหลังการประมวลผล อุปกรณ์ FDM หัวฉีดคู่สามารถใช้หัวฉีดเสริมเพื่อพิมพ์ส่วนรองรับ PVA หรือ HIPS ในขณะที่หัวฉีดหลักพิมพ์วัสดุชิ้นส่วน หลังจากการพิมพ์ ชิ้นส่วนจะถูกจุ่มลงในน้ำ (PVA) หรือสารละลายลิโมนีน (HIPS) และโครงสร้างรองรับจะละลายโดยอัตโนมัติ เมื่อออกแบบส่วนรองรับที่ละลายน้ำได้ ควรให้ความสนใจกับพื้นที่สัมผัสระหว่างส่วนรองรับและชิ้นส่วน หากพื้นที่สัมผัสมีขนาดใหญ่เกินไปก็จะทิ้งร่องรอยไว้ และหากพื้นที่สัมผัสมีขนาดเล็กเกินไปการสนับสนุนจะไม่เสถียร การตั้งค่าความหนาแน่นของการรองรับส่งผลต่อความเร็วในการถอด และแนะนำให้ตั้งค่าเป็น 10-20%
การตรวจสอบคุณภาพและปรับปรุงโครงสร้างแขวนลอย
หลังจากการพิมพ์เสร็จสิ้น จำเป็นต้องมีการตรวจสอบคุณภาพพิเศษของโครงสร้างแขวนลอย ขั้นแรกให้ตรวจสอบความหย่อนคล้อยของพื้นผิวและวัดค่าเบี่ยงเบนระหว่างตำแหน่งจริงของพื้นผิวแขวนลอยและตำแหน่งที่ออกแบบ มาตรฐานคุณสมบัติมักจะน้อยกว่า 2 เท่าของความหนาของชั้น ประการที่สอง ตรวจสอบความหยาบของพื้นผิว พื้นผิวด้านบนของพื้นผิวแขวนลอยมักจะหยาบกว่าพื้นผิวด้านข้าง จำเป็นต้องได้รับการประเมินว่าตรงตามข้อกำหนดการใช้งานหรือไม่ ประการที่สาม ตรวจสอบความคมชัดของขอบ อาจมีมุมโค้งมนหรือเสี้ยนบนขอบที่แขวนอยู่ ซึ่งจำเป็นต้องได้รับการประมวลผลและตัดแต่งภายหลัง สำหรับโครงสร้างแบบแขวนลอยที่ไม่มีคุณสมบัติเหมาะสม จำเป็นต้องวิเคราะห์เหตุผล และควรปรับพารามิเตอร์การออกแบบหรือการพิมพ์ให้เหมาะสม การปรับปรุงทั่วไป ได้แก่ การปรับทิศทางการพิมพ์ การเพิ่มการรองรับ หรือการลดความเร็วในการพิมพ์
ส่งโมเดล แบบแปลน รูปภาพ หรือบันทึกเป็นลายลักษณ์อักษร วิศวกรจะตรวจสอบวัสดุ กระบวนการ การตกแต่ง และการส่งมอบตามการใช้งานจริง