הבנה של FDM 3D הדפסה עבור הנדסה Instrumentation

דפוס FD (FDM) 3D הדפסה הפך לטכנולוגיה אבן הפינה עבור מהנדסים הזקוקים למכשור מותאם אישית כי הוא פונקציונלי והן עלות-יעילות.בניגוד שיטות ייצור תת-אקטיביות, FDM בונה שכבה על ידי שכבה מ filaments thermoplastic, המאפשרת גיאוגרפיות מורכבות כי יהיה בלתי אפשרי או בלתי-אפשרי למכונה.

בחירת חומרים עבור חלקי Instrumentation

הבחירה של פשפשציה היא ההחלטה הקריטית היחידה ב-FDM עבור כלי רכב. כל חומר מביא קבוצה ייחודית של תכונות מכניות, תרמיות וכימיקליות המשפיעות ישירות על הביצועים של הרכיב המוגמר.

PLA (Polylactic Acid)

PLA הוא ה filament הקלה ביותר להדפיס ומציע נוקשות טובה ויציבות ממדית עבור יישומים בעלי מתח נמוך.עם זאת, טמפרטורת המעבר הנמוכה שלה (~60°C) וערעור מגביל את השימוש שלה בסביבות עם חום או השפעה. PLA מתאים לאטיפוס מהיר, ג'יגס, ותיקוןים שרואים עומס מינימלי ונשארים בטמפרטורה החדר.

PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol)

PETG משלבת הקלה של הדפסה עם קשיחות משופרת והתנגדות טמפרטורה (עד -80 ° C) זה פחות מ PLA ויש לו התנגדות כימית טובה עבור פותרים רבים. PETG היא בחירה פופולרית עבור דיור כלי פונקציונלי, אולמות חיישן וחלקים הדורשים כוח מתון עמידות במעבדה או סביבת קניות.

ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

ABS הוא תרמופלסטי הנדסי קלאסי עם התנגדות השפעה גבוהה, סובלנות טמפרטורה טובה (עד 100 מעלות צלזיוס), ומיומנות מעולה.זה דורש מיטה מחוממת ומוסגר כדי למנוע חיכוך ושכבת דלמנטום. ABS הוא אידיאלי עבור חלקים כמו עלות כלי, חזיונות מבניים, ואת המתחם כי ניסיון או חום.

Polycarbonate (PC) ו- PC בלנדרים

Polycarbonate מציעה כוח יוצא דופן, עמידות חום (עד 120 מעלות צלזיוס), והשפעה על קשיחות.זה הדפסה בטמפרטורות גבוהות מאוד (260-310 ° C) ודורש מדפסת סגורה לחלוטין.מחשב משמש למכשור תובעני כגון בדיקות עתיריות בטמפרטורה גבוהה, תיקונים נושאי עומס וחלקים שחייבים לעמוד בלחץ מכני חוזר.

ניילון (PA) ו- Carbon-Fiber Reinforced Variants

ניילון מספק קשיחות יוצאת דופן, עמידות עייפות, וחיכוך נמוך.טבע היגסקוי שלה דורש אחסון זהיר וייבוש. ניילון מלא פחמן-פיבר גדל באופן דרמטי נוקשות ויציבות ממדית תוך צמצום משקל.

המלצות מיוחדות ל Instrument

לצרכים ספציפיים, לשקול חומרים כמו TPU (מחסנים גמישים וכרטיסי גז), PEEK (טמפרטורה גבוהה, ביצועים גבוהים), או פריקה אלקטרוסטטית (ESD) בטוח filaments עבור עבודה אלקטרוניקה.השולחן מתחת לסכמת תכונות מפתח:

(ב) ויקרא י"א: "ב' (ב) ויקרא י"א) ל'' (ב)' (ב') ויקרא י"ד) ו''' (ב"ב)' (ב"ב) ו'''' (ב')' (ב')')' (ב')')')')')

עיצוב FDM בהנדסת קונטקסטים

עיצוב יעיל עבור FDM הולך מעבר רק מודלים של החלק. מהנדסים חייבים לקחת בחשבון עבור anisotropy, תמיכה מבנים, וכיוון הדפסה כדי להבטיח את המכשיר מבוצע כמתוכנן.

המונחים: Layer Adhesion

חלקי FDM חלשים ביותר ב- Z-כיוון שדבקות שכבתית נמוכה יותר מהכוח של הפשילה עצמה.אוריינט החלק כך שהעומסים העיקריים מקבילים לצלחת הבנייה (כלומר, במטוס XY) למשל, יש להדפיס את הלסת ה caliper באופן אנכי כדי שהכוח המדגום פועל על פני השכבות ולא יחד עם לחץ מוגבר או באזורים של קיר עקיף.

תבניות אינספירליות ודונות

Infill משפיע על כוח, משקל, וזמן הדפסה. עבור כלי, רשת או gyroid infill ב 20-40% צפיפות מספק איזון טוב.עבור תכונות נושאות עומס כגון הוספת חוטים או חורים עולים, להגדיל את צפיפות infill באופן מקומי או להשתמש דפוס concentric סביב התכונה. הרבה פרוסות מאפשרות משתנה באמצעות מודינגס.

סובלנות ו Clearances

מדפסת FDM יכולה להשיג ±0.2 מ"מ ל- ±0.5 מ"מ בהתאם למכונה ולקליברציה.עבור כיסוי או נפיחות מתאימה, עיצוב עם רזולוציה של 0.2-0.4 מ"מ עבור PLA / PETG ו 0.3-0.5 מ"מ עבור ABS / PC כדי לקחת בחשבון הרחבה תרמית וצמצום.תמיד לבצע הדפסה סובלנות לפני ביצוע לאסיפה קריטית.

המונחים: Hardware

עבור כלי שיט שניתן לשחזר, שילוב של שילוב של הוספת כיס בגודל קטן מעט יותר מאשר הקוטר החיצוני של הכנס. השתמש בזריז חום עבור פלסטיקs (McMaster-Carr מציע מגוון רחב) לחלופין, עיצוב עבור אגוזים שנתפסים או להשתמש ברגים עצמיים לתוך חור מעט נמוך מתחת לרמה.

מבנה תמיכה

מזער את הצורך בתמיכה על ידי אומדנים על 45 מעלות או פחות.כאשר התומך הם בלתי נמנעים, השתמש שכבת ממשק תומך (למשל, חומר תמיכה מלוטש כמו PVA או Breakaway) כדי להשיג משטח נקי. בתחום של כלי, כל מחוספס תמיכה יכול להשפיע על ההתאמה, כך לשקול לאחר מיפוי של פרצופים נתמך.

הדפסה קליברציה והגדרות ל Precision

Instrumentation דורש דיוק ממדי.עקוב אחר השלבים האלה כדי לחיוג במדפסת FDM שלך.

קודם כל Layer Calibration

מיטה מעומקת גרועה חורבות הבסיס הממדי. השתמש חתיכת נייר או מד תחושה כדי להגדיר את גובה nozzle ל 0.1-0.2mm מעל המיטה. להפעיל דפוס מבחן הראשון שכבה ולהתאים את Z-offset עד שהדבורה מלוטשת באופן אחיד ללא פערים או רכסים.

Extrusion Multiplier (Flow Rate)

הדפס קוביה חד-קיר עם אפס Infill ומדדק את עובי הקיר עם calipers. בהשוואה לקוטר nozzle מכפיל על ידי הגדרת רוחב החדירה.תכום את קצב זרימת הירכיים למעלה או למטה עד עובי נמדד תואם את הערך הצפוי בתוך 0.05 מ"מ.תחת-החדירה מוביל לחלקים חלשים; over-trusion גורם נפיחות.

טמפרטורה Tuning

הדפסה מגדל טמפרטורה לזהות את הטמפרטורה האידיאלית של המותג הספציפי של filament. עבור PETG, הנקודה המתוקה לעתים קרובות שוכנת בין 235-250 מעלות צלזיוס; עבור ABS, 240-260 מעלות צלזיוס. חם מדי וחלקים סובלים מנפיחות ואובדן דיוק; קר מדי ושכבת קשר סובלים.

Cooling Fan Settings

PLA מרוויח קירור מלא כדי לשפר את העודף והפרטים. ABS ו-PC דורשים כמעט ללא מאוורר (או רק עבור גשרים) כדי למנוע רינג. PETG להגיב בצורה הטובה ביותר עם מהירות מעריצים בינונית (30-50%) לאחר השכבות הראשונות לשיפור הזיוף מבלי לגרום שכבת דלמנטון.

חתירה ותיקון שליטה

לעתים קרובות יש אינסטלציה תכונות דקות וקווי הרוח המדויקים.הפחתה של ניתוק על ידי התאמת מרחק רפיגה (2-5 מ"מ עבור Bowden, 0.5-1.5mm עבור כונן ישיר) ומהירות ההחלמה (25-45 מ"מ /s) "לחסל חלקים מודפסים" בתוך פרוסה כדי לשמור את ה nozzle מ גרירת פני משטחים כבר מודפסים.

תוצאות עבור חלקים פונקציונליים

הדפסת Raw FDM לעתים רחוקות לעמוד בדרישות ההגשמה והסובלנות של כלי השיט ללא צעדים נוספים.

תמיכה ב-Removal andניקוי

הסר תומך בזהירות באמצעות חיתוך פלוש ועקרות מחט.עבור אזורי קשה-לעשב, השתמש במערך ברזל ממכר לחום נמוך כדי להמיס מגמגמות תמיכה של שאריות. Soluble תומך (PVA, BVOH) ניתן לפזר במים או פתרון גפן חלש, ולהשאיר משטחים פתע.

חולות ומלאות

התחל עם 80-grit כדי להסיר שורות שכבתיות ולעבוד עד 400 ג'יגה עבור סיום חלק. עבור חלקים הדורשים מעיל חותם, להשתמש epoxy או דבק סופר דק (cyacrylate) כדי לחסל את הנפיחות ולשפר את ההתנגדות הכימית.זה חשוב במיוחד עבור כלי דיור כי חייב להיות חסכוני או רחף.

עידוד לשיפור העוצמה

אנליסט PLA ו- PETG יכול להגדיל את הקריסטליניות, להעלות חום פענוח חום וכוח השפעה.מקם את החלק תנור ב 60-80 מעלות צלזיוס במשך 30-60 דקות ואחריו קירור איטי. Note כי annealing גורם כווץ קטן (0.5-2%), כך להדפיס על ידי 1-2% אם annealing מתוכנן.

הקש ופעולות קידוח

עבור חורים הזקוקים לחוט ללא תוספות, השתמש ברזים חדים המיועדים לפלסטיק. Back the Tap החוצה לעתים קרובות כדי לנקות שבבים. עבור חורים מדויקים בקוטר, לקדוח עם מספר או מכתב תרגיל מעט לאחר הדפסה כדי להשיג ממדים מדויקים.

בדיקה ותיקון בתנאים אמיתיים

חלק כלי חייב להופיע בתנאים המיועדים.לפתח פרוטוקול מבחן הכולל:

  • (ב) ,0) אימות: FLT:1hil השתמש ב-CMM, או ללכת / לא-go המדים כדי לבדוק תכונות קריטיות.
  • (ב) ⁇ :0) בדיקות מכניות: 1FLT 1 החל עומסים צפויים באמצעות משקולות או מדד כוח; מדד השתקפות ועיוות קבוע.
  • (FLT:0) בדיקות סביבתיות:FLT:1) חלקי חשיפה למחזורי טמפרטורה, לחות או נציג כימיקלים של המקרה. חלק ABS עשוי לרכך תחת מנורה חמה; חלק PETG עשוי ללחוץ על לחץ מגע עם אלכוהול איזורופולול.
  • (FLT:0) בדיקות מפונקטיביות: 1.FLT 1 התקנת המכשיר במערכת בפועל ומדיעה ביצועים (למשל, חיישן קריאה מדויקת, חזרה על יכולת תיקון).

כשלי מסמך ושיקום העיצוב בהתאם לתועלת המפתח של FDM הוא הרהרציה מהירה – לעיתים קרובות ניתן להדפיס גרסה חדשה בין לילה.

עלויות ו-Fret Time Analysis

אחד הטיעונים החזקים ביותר עבור FDM בהרכב מותאם אישית הוא כלכלי.התמכי CNC המסורתית של כיס חד פעמי עשוי לעלות 200 $ 500 $ 500 ולקחת שבועיים. אותו חלק ב PETG על מדפסות FDM לטווח בינוני עולה מתחת 10 $ חומר וכ -4-6 שעות של זמן הדפסה.

עם זאת, עבור ייצור פועל מעבר ל-50-100 יחידות, הזרקה הופכת יעילה יותר עבור חלק.מהנדסים צריכים להעריך את העלות הכוללת כולל עבודה, עיבוד לאחר, ותחזוקה המדפסת. עבור השוואה מפורטת עלות, ראה הדפסה 3D של HULbs לעומת ניתוח מאצ'ינג FLT:1.

מלכודות נפוצות וכיצד להימנע מהם

  • (ב) ,0) ,Warping:cioFLT:1 השתמש במגם או רפסודה, לסגור את המדפסת, ולהגדיר את טמפרטורת המיטה בקצה הגבוה של טווח החומר.
  • (FLT:0) פערים או מתח לקוי: ההרחבה 1 (Qerph 1) בדוק את הכפלה, טמפרטורה נוזל, לנקות את צלחת הבנייה עם אלכוהול איזורופולי.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ בתוך חללים ריקים: ⁇ 1 (ב) מעלה את הסגירה ומאפשרת "להתחיל" מצב הפרפר.
  • (ב) ,0) מעל לזרז: (FLT:1) הכנסתים שחוקים יכולים לפצח את הפלסטיק אם הוא מונע רחוק מדי. השתמש בנהג למניעת הריון או להוסיף לעומק מראש.
  • (FLT:0Creep under aעומס מתמשך: FLT:1 PLA ו PETG להציג צמרמורת בטמפרטורות גבוהות. עבור מכשירים נושאי עומס, להשתמש במחשב או ניילון.

מחקרים: FDM in Custom Instrument

חיישנים מעבדה

קבוצה מחקר באוניברסיטה הייתה זקוקה לגידולים מותאמים למערך של חיישני טמפרטורה ולחות בתוך תא אקלים. Off-the-shelf היו גדולים מדי ומפריעים לזרימת אוויר.שימוש ב- PETG ומדפסת FDM סטנדרטית, הם עיצבו חזייה דקת, דמוית אווירית שיכולה להיות מודפסת ב-90 דקות ליחידה.

תכנון בדיקות

חברת מכשירים רפואית דרשה סדרה של ג'יגס לשילוב של קתאטר חדש.הג'יגס היה צריך להחזיק רכיבים עם 0.1 ±mm חזרות.לאחר עיצוב ו cabration, הם השתמשו ניילון 12 עם 30% סיבים פחמן לייצר תיקונים שנמשכים באמצעות 10,000 מחזורי הרכב ללא ללבוש משמעותי.

כלי שיט מפוצצים

מהנדס כלי שיט של נפטפילד היה צורך בכלי נייד כדי לזרז את התחזיות של לחץ במקומות מרוחקים.כלי המתכת המקורי היה כבד ויקר להחליף אם הוא איבד.הם הפעילו מחדש את הכלי ב-CAD והדפיסו אותו ב- ABS עם איפיל צפוף.הגרסה FDM שקלה 80% פחות, עלות 95% פחות, והייתה זהה פונקציונלית מספר עותקים מודפסים עבור אנשי צוות.

מגמות עתידיות ושיקולים

הנוף FDM למכשירי הנדסה ממשיך להתפתח.מדפסות רב-חומריות מאפשרות שילוב של סדקים נוקשים וגמישים בחלק אחד (למשל, דיור נוקשה עם חותמות גומי משולבות) מערכות FDM עם תאים מחוממים ונקודות חמות בטמפרטורה גבוהה הופכות ליותר נגישות, פתיחת חומרים כמו ULT ו-PPSU עבור ביצועים גבוהים.

שיפורים תוכנה בעיצוב חדשני ואופטימיזציה טופולוגיה מאפשרים למהנדסים ליצור חלקי כלי מעוצב אורגני כי הם קלים יותר אך חזקים יותר מכל מקביל המיוצר באופן מסורתי. כאשר בשילוב עם יכולת של FDM לממש את אותם גיאוגרפיות, כלי מותאם אישית מגיע לרמה חדשה של ביצועים.

למהנדסים לאמץ את FDM, להישאר נוכחי עם התפתחויות חומריות ויכולות המדפסת הוא חיוני משאבים כגון FLT:0 (3D הדפסה תעשיית ה-FLT:1 ו-FLT:2 מדע בדיוני) מאמרים הנדסיים של מדע בדיונים FLT 3: לספק חינוך מתמשך.

מסקנה

הדפסה FDM 3D אינה רק כלי יעיל - היא הפכה שיטת ייצור עבור כלי הנדסי מותאם אישית כאשר מהירות, עלות, והתאמה אישית הם ראשוניים. על ידי בחירת החומר הנכון, החלת כללים עיצוב חשבון עבור הטבע aisotropic של FDM, כיור עבור פעולות הנדסיות, ושימוש בתהליכים מתאימים לאחר עיבוד, מהנדסים יכולים לייצר כי באופן קונבנציונאלי מיוצרת רכיבים, עיצוב יעיל, כמו גם פיתוח ציוד, עיצוב, כמו גם ציוד ייצור חומרים מתקדמים, עיצוב, עיצוב, כמו גם פיתוח ציוד, עיצוב יעיל, עיצוב, עיצוב, עיצוב יעיל, עיצוב, עיצוב יעיל של ציוד יעיל, עיצוב, עיצוב, עיצוב, כמו גם ציוד יעיל של ציוד ייצור ציוד ייצור של ציוד ייצור של ציוד ייצור של ציוד ייצור ציוד ייצור של ציוד יעיל של ציוד ייצור של ציוד ייצור של ציוד ייצור של ציוד ייצור של ציוד ייצור של ציוד ייצור של ציוד ייצור של ציוד ייצור של ציוד ייצור של ציוד ייצור של ציוד ייצור של ציוד יעיל של ציוד ייצור של ציוד יעיל, עיצוב, עיצוב, עיצוב, עיצוב, עיצוב, עיצוב, עיצוב, עיצוב, עיצוב, עיצוב, עיצוב, עיצוב, עיצוב, עיצוב, עיצוב, עיצוב, עיצוב, רק עבור חומרים מתקדמים, עיצוב, עיצוב, עיצוב, עיצוב, רק עבור חומרי מעבדה, עיצוב, עיצוב, עיצוב,