אתגר ההנדסה של מבנה התמיכה ב-FDM

מודל של FDM (FDM) הפך אבן הפינה של זרימת עבודה מודרנית הנדסה, המאפשרת השקיה מהירה, יעילות תפקודית, ואפילו ייצור שימוש קצה.עם זאת, אתגר מתמשך אחד נשאר: ההסתמכות על מבנים תומכים. בעוד תומך חיוני עבור הדפסה יתר, גשרים, תכונות מורכבות, הם מציגים יעילות משמעותית.

תמיכה הם מבנים מקודשים מודפסים לספק בסיס לחומר המופקד על פני שטח ריק.ללא אותם, פלסטיק מלוטש יחבל או נזל תחת כוח הכבידה, וכתוצאה מכך הדפסים כושלים או איכות פני השטח ירודה.עם זאת, תומך אינם חופשיים.הם צורכים חומר, להגדיל את זמן ההדפסה (לעתים קרובות על ידי 30 & #37; עד 100 & #37; או יותר), ולהשאיר מאחור פני משטחים קשים הדורשים, לחץ, כלומר, או ירידה מהירה יותר, כאשר הם יכולים לספק תמיכה כימית או ירידה מהירה יותר, או ירידה מהירה יותר, או ירידה מהירה יותר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, אם כן, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כדי לחץ כימי יעיל יותר, כדי להפחית את זה יכול להיות יעיל יותר, או ירידה משמעותית יותר, כדי להפחית את רמת יעילות באופן קבוע, על ידי חסכונית, על ידי חסכונית, כדי להפחית את רמת יעילות גבוהה יותר, כדי להפחית את רמת יעילות באופן קבוע, על ידי חסכונית, על ידי 30 & 037, כדי להפחית את רמת יעילות באופן קבוע, או ירידה מהירה יותר, כדי להפחית את רמת יעילות גבוהה יותר, כדי להפחית את זה יכול להיות יעיל יותר, כדי להפחית את זה יכול להיות

מאמר זה מספק מדריך מקיף לעיצוב חלקי FDM עם תמיכה מינימלית, המכסה את כל אסטרטגיות אוריינטציה בסיסית למניפולציה גיאומטריה מתקדמת ובחירת חומרים.אם אתה מהנדס ייצור תוספת מנוסה או חדש ל-FDM, עקרונות אלה יעזרו לך לייצר חלקים טובים יותר ביעילות.

תוצאות חיפוש בFDM Printing

מדוע לעיתים קרובות יש צורך

מדפסת FDM extrude molten thermoplastic שכבת על ידי שכבה.כל שכבה חדשה חייב להיות מופקד על משטח קיים; אחרת, החומר אין שום דבר לדבוק ותיקרוס.ה הקריטית היא זווית יתר & mdash; זווית בין התכונה המודפסת לבין ציר אנכי.רוב חומרי FDM יכולים להדפיס לא נתמך על פני עד 45 מעלות (מצפון) ללא מגבלות משמעותיות, עד כדי להחזיק חומר מוצק.

גשרים (הפרשיות בין שתי נקודות תומכות) ואיים (הדברים שמתחילים באמצע האוויר) דורשים גם תמיכה.ככל שהגשר או העודף, כך סביר יותר שהוא להיכשל ללא סיוע.הבנה היכן תנאים אלה מתרחשים בתכנון שלך הוא הצעד הראשון לקראת חיסולם.

החסרונות של תמיכה מופרזת

  • (FLT:0) שפכים ימיים: חומר התמיכה של FLT:1 יכול לייצג 20 & #37; עד 50 & #37; של סך הכל השבר המשמש הדפסה.
  • (FLT:0) זמן הדפסה מופסק: FLT:1 , הדפסת תמיכה לוקח זמן. Slicers צריך לחשב כלי עבור החלק ואת מבנה התמיכה, לעתים קרובות להכפיל או לזרז את משך ההדפסה.
  • (ב) [15] ,0) סיום ההשפלה: 1FLT:1, הממשק בין התמיכה לחלק משאיר מרקם גס שדורש לעתים קרובות עיבוד לאחר כדי להשיג משטח חלק.
  • חולשה:0 (FLT:1 Removing תומך יכול להזיק תכונות עדינות או להציג micro-cracks. בחלקים פונקציונליים, תמיכה באזורי מגע עשויה להציג כוח מופחת.
  • (ב) עבודה לעיבוד:0 (Post-מעבדת עבודה: FLT:1 חיתוך, משיכת, או פירוק תומך לוקח זמן ומיומנות. עבור חלקים מורכבים, הסרת יכול להיות יותר זמן מאשר הדפסה עצמה.

אסטרטגיות הליבה לתכנון חלקים עם תמיכה מינימלית

צמצום ההסתמכות על תמיכה דורש גישה פרואקטיבית במהלך שלב העיצוב.האסטרטגיות הבאות הוכחו למזער או לחסל את הצורך במבנים תמיכה תוך שמירה על פונקציונליות חלקית.

אופטימיזציה חלקית

הכלי היחיד החזק ביותר לצמצום התומך הוא אוריינטציה הדפסה.על ידי הפעלת החלק בתוכנות הקידוד, לעתים קרובות ניתן להציב תכונות נוספות בזווית שהן תמיכה עצמית.כלל הזהב הוא לשמור על יתר על פני 45 מעלות או תלולה יותר (כלומר, קרוב יותר משטחים אופקיים כי הפנים בדרך כלל דורשות תמיכה; הטיה פני השטח האלה מעט יכול לחסל את הצורך.

שקול את פני השטח התפקודיים של החלק שלך.אם משטח חייב להיות חלק או קריטי מבחינה ממדית, או להקל על זה כך שהוא לא במגע עם תמיכה. לדוגמה, חרטה עם תחתית שטוחה גדולה יכול להיות מודפס בצד שלה, להפוך את פני השטח שטוח לתוך קיר אנכי. אוריינטציה זו עשויה לדרוש מום או עבור דבקות מיטה אבל מבטל את הצורך עבור תמיכה על פני זה עם נטייה מרובים בתצוגה מקדימה של שימוש באופן אוטומטי כדי להציע תכונות אופטימאטים רבים.

עיצוב עם אנגלות עצמית

בכל פעם שניתן, תכונות עיצוב כך כי overhangs הם זווית של 45 מעלות או תלולה מ אנכי.זה אומר להימנע מעודף 90 מעלות חד ללא chamfer או t ter. לדוגמה, במקום מגבר אופקי כי ג'אטים החוצה מקיר אנכי, להוסיף chamfer 45 מעלות מתחת. chamfer פועל כ תמיכה מובנה, המאפשר המדפסת כדי להניח חומר בהדרגה ללא צורך במבנה נפרד.

עיקרון זה חל על חורים, חתך, ומרחב פנימי. חור אופקי דרך קיר אנכי ידרוש תמיכה אם הוא גדול או יש לו ראש שטוח על ידי שינוי החור בצורת מדמיע (עיגול עם העליון הצביע), החלק העליון הוא תומך עצמי. פרוסות רבות יש תכונה "חור teardrop" אבל אתה יכול גם מודל אותם ישירות בתוכנות ה-CAD שלך.

שילוב של Chamfers ו- Fillets

Chamfers ומילויים אינם רק תכונות אסתטיות; הם כלים חזקים לצמצום התומך. פינה פנימית חדה שבה פני השטח האופקי פוגש חומה אנכית הוא מועמד ראשוני ל-Sagging.הוספת מילוי (סביב) או chamfer (מבמבסבך) בצומת זה מספק מעבר הדרגתי כי המדפסת יכולה להתמודד ללא תמיכה.רדיוס או זווית צריך להיות גדול מספיק כדי לשמור על זווית מתחת ל 45 מעלות לאורך כל הזווית.

עודף חיצוני יכול גם להועיל.במקום יתרון חד 90 מעלות הדורש תמיכה, קצה מחופר או מעוגל מאפשר את החומר להיות מופקד בדרך רציפה, תמיכה עצמית.זה שימושי במיוחד עבור חלקים קוסמטיים שבהם איכות פני השטח נושאים, כמו חיסול תומך להימנע מסימנים המחוספסים שהם משאירים מאחור.

פיצול חלקים לתוך סעיפים פשוטים

לפעמים הפתרון האלגנטי ביותר הוא לשבור חלק מורכב לחלקים פשוטים יותר שניתן להדפיס באופן אינדיבידואלי בכיוונים אופטימליים, ולאחר מכן התאספו מאוחר יותר. גישה זו תומכת בחיסול זמן הרכבה, אבל במקרים רבים, ההפחתה בכישלונות הדפסה ופוסט-מעבד שווה את הצעד הנוסף.לדוגמה, מתחם גדול עם עודף פנימי ניתן לחלק לשני חצאים, כל אחד מודפס עם הפנים מול פנים (לא צריך) תומך יחד.

עיצוב התאמות, dovetails, או מכניס לתוך משטחים המתבגר כדי לפשט את ההרכבה. אסטרטגיה זו גם מאפשר לך להשתמש בחומרים שונים עבור חלקים שונים של אותו חלק, ביצועים נוספים אופטימיזציה.כאשר פיצול חלקים, לשקול את הכיוון של העומסים ולוודא כי המפרק חזק מספיק עבור היישום.

תכונות תמיכה מתקדמות Slicer

תוכנת סליקה מודרנית התפתחה מעבר לתומך פשוט בסגנון בלוק.תכונות כמו עץ תומך (Cura) או חוסמי תמיכה מותאם אישית מאפשרים לך לשלוט בדיוק היכן וכיצד נוצרים תמיכה.עץ תומך ענף מתוך צלחת הבנייה לגעת רק נקודות ספציפיות של החלק, להפחית באופן משמעותי את השימוש בחומר ואת אזור מגע.הם גם קל להסיר מאשר תמיכה רשת מסורתית.

השתמש במכשולים התומכים כדי למנוע תמיכה ליצור על פני השטח שהם למעשה תומכים בעצמם אבל כי העיוותים של פיזור פגום.converse, להשתמש אוכפים תמיכה כדי להוסיף תמיכה קטנה רק היכן הם נדרשים לחלוטין. כוונון עדין פרמטרים תמיכה ו-mdash; כגון תמיכה, דפוס (קווים, Zigzag, concentric), וממשק מרחק & mash; יכול להפחית באופן דרמטי את כמות החומר המשמש את הקושי של הסרת חומרים.

שיקולים חומריים-מדיניים עבור עיצוב תמיכה

חומרים שונים של FDM מתנהגים אחרת כאשר הדפסה מתגברת ואינטראקציה עם תמיכה.הבנת ההבדלים האלה עוזר לך לעצב חלקים הדפסה באופן אמין עם תמיכה מינימלית.

PLA ו- PETG

PLA הוא החומר סלחני ביותר עבור יתרות.יש לו מאפיינים טובים, ולעתים קרובות יכול להשיג יתרות ללא תמיכה של עד 50 מעלות ללא sagging משמעותי. PETG הוא מעט פחות סלחני בשל הנטיות הגבוהה ביותר שלו; זה נוטה למחרוזת יותר עשוי לדרוש מעט יותר חומר תמיכה.

ABS ו-ASA

ABS ו-ASA נוטים להתכווץ ולכווץ, מה שהופך את התומך יותר קריטי למניעת עיוות חלק.עם זאת, חומרים אלה גם לאפשר עיבוד קל: תמיכה לעתים קרובות יכול להיות מלוטש עם קצת יותר כוח מאשר עם PLA. בעת עיצוב עבור ABS או ASA, לשים לב נוסף לדבקות במיטה, לשקול שימוש ב- gm או אפילו עבור חלקים אלה לא דורש טכנית, תמיכה נגד מלחמה.

ניילון ופוליקרבונט

חומרים הנדסיים כמו ניילון ופוליקרבונט הם היגרוסקופיים ודורשים טמפרטורות חדירה גבוהות.הם נוטים להיות בעלי שיעור כווץ גבוה יותר, אשר יכול לגרום ל תומך להתמזג חזק יותר לחלק.עבור חומרים אלה, חשוב במיוחד למזער תומך או להשתמש בחומרי תמיכה כל כךלוליים (למשל, PVA או BHVO) שניתן לפרק ללא תכונות מכניות עיצוב הדורשות להיות מתמוססות ומאובטחות.

גמישות ושותפות

TPU ו-Filaments גמישים אחרים הם קשה לשמצה להדפיס עם תמיכה כי החומר הרך יכול להתהפך מתחת למבנה התמיכה עצמו. מינוף תומך הוא אפילו יותר קריטי כאן.עיצוב חלקים גמישים עם תמיכה עצמית גיאוגרפית מההתחלה.עבור סדקים מורכבים (סיבים פחמן, סיבי זכוכית מחזקים), תומך יכול להיות קשה מאוד להסיר בשל האופי העצום של חומר תומך לחלוטין, או עיצוב בקלות עם כלים נגישים.

טיפים עבור תמיכה יעילה

גם עם שיטות העיצוב הטובות ביותר, חלק מהחלקים ידרושו באופן בלתי נמנע תמיכה.במקרים אלה, תכנון עם הסרת המוח יכול לחסוך שעות של זמן לאחר עיבוד.

ממשקי תמיכה נגישים

המיקום תומך כך שהם קלים להגיע עם compers, חותכים, או כלי מגרה. להימנע הצבת תמיכה בתוך חללים עמוקים או בתחתית החורים הצרים שבהם כלים אינם יכולים להגיע.אם תמיכה אינה נגישה, לשקול פיצול החלק כדי לחשוף את האזור הזה, או לעצב מחדש את התכונה כדי לחסל את הצורך בתמיכה במיקום זה.

שילוב נקודות וגשר

הוסף תכונות קטנות הפועלות כנקודות הפסקה בין התמיכה לחלק.לדוגמה, גשר קטן (חלק דק של תמיכה המחבר לחלק רק בכמה נקודות) מאפשר את התמיכה להיות מלוטש בקלות רבה יותר.חלק פורבס יש הגדרה "גג תומך" שיוצר שכבת ממשק צפופה יותר כי הוא קל להסיר.

המונחים: Surface End Considerations

אם משטח גלוי יהיה במגע עם תמיכה, או להקל על החלק להסתיר את פני השטח או לתכנן עבור לאחר עיבוד.לדוגמה, אם משטח שטוח חייב להיות חלקה לחלוטין, להימנע הצבת תמיכה על זה.אם זה לא אפשרי, להוסיף 0.1 –0.2 מ"מ החל ממשק התמיכה כך שהגיבוי אינו מתמזג הדוק על פני השטח, משאיר שטח מרקם מעט שניתן לשקול משטח זה, ללא תמיכה פונקציונלית.

שימוש ב-conical and Tree Support

סוגים של תמיכה פרוסה מודרנית כמו תמיכה קוקטית (לחים בראש, רחב יותר בבסיס) ועץ תומך (מבנים חודרים) נועדו להסרת קלה.הם יוצרים קשר עם החלק בכמה נקודות, צמצום כוח האג"ח הכולל.סוגים אלה תומכים גם להשתמש פחות חומר מאשר תמיכה ברשת המסורתית. כאשר הם תומכים הם בלתי נמנעים, בוחרים סוגים מתקדמים אלה על פני קונבנציונאליים.

טכניקות עיצוב גיאומטרי מתקדמות

Teardrop and Diamond Holes

חורים אופקיים מעגליים הם מלכודת תמיכה קלאסית.המחצית העליונה של חור אופקי יש זווית overhang כי תלולה כמו זה מתקרב העליון, בסופו של דבר דורש תמיכה. חור דמענורופ מחליף את החלק המעגל עם קשת מחודדת, להישאר בזווית מתחת 45 מעלות לאורך כל.התוצאה היא פתח תומך עצמי.עבור אפילו כוח טוב יותר, חור בצורת יהלום יכול לשמש, אם כי זה לא יכול להיות כל תוספי מזון רבים וכלים אלה יכולים להיות.

Over Tapeing

כאשר תכונה חייבת overhang, להטיף בהדרגה ולא לצאת החוצה בפתאומיות. A מפיץ את זווית ההתגברה על מרחק ארוך יותר, שמירה על זה בתוך גבולות תמיכה עצמית. לדוגמה, במקום על 5 מ"מ בזווית 90 מעלות, עיצוב 10 מ"מ ברז ב 45 מעלות.המצת משלב את העודף לתוך הקיר האנכי, לחסל את הצורך לתמיכה.

תמיכה פנימית Geometry

עבור חלקים הדורשים חללים פנימיים או מבני LIattice, עיצוב ה- lattice כך שקווי הרוח שלה מזוהים ב 45 מעלות או יותר. כלים עיצוביים רבים יכולים לייצר מבנים אורגניים ל- lattice אשר הם תמיכה עצמית מטבעית. לחלופין, להשתמש בתבנית cross-hatch או Honeycomb כי מתאים עם הכיוון ההדפסה כדי למזער את הצורך עבור תמיכה פנימית.

מחקרים בנושא תמיכה במימון

Bracket Redesign

חזייה אווירופייס תוכנן במקור עבור CNC machining מותאם עבור FDM. העיצוב המקורי היה כמה מעליות מעלות 90 מעלות ואזורים שטוחים גדולים הדורשים תמיכה נרחבת. על ידי הקלטת יתר ל 45 מעלות ורקב את החלק 90 מעלות בתוך פרוסת, נפח התמיכה היה מופחת מ 40 & #37; עד 5 & #37; הדפסה ירד על ידי 30 & #37; ו- לאחר מכן היה כמעט בוטלה על ידי הפחתת על ידי השבר המקורי של כמעט לחלוטין.

חשיפה ללא תמיכה

מתחם אלקטרוניקה צרכני צריך שטף עם תחתית שטוחה ופתיחה גדולה בצד אחד.הכיוון המקורי הנדרש תומך בפתיחת. על ידי פיצול המתחם לתוך מעטפת עליונה ותחתית הדפסה כל אחד עם הפנים מול מעלה, לא היו צריכים שום תמיכה בכלל.שני חצאים הצטרפו עם התאמות ודבק.

מסקנה

עיצוב חלקי FDM עם תמיכה מינימלית אינו רק עניין של חיסכון חומרי; הוא אבן הפינה של ייצור תוספי יעיל, ייצור יקר ייצור. על ידי הבנה מכניקה של זוויות יתר, מינוף אוריינטציה ואסטרטגיות עיצוב גיאומטרי, ושימוש תכונות פרוסות מתקדמות, מהנדסים יכולים להפחית באופן דרמטי את הצורך עבור תמיכה. כאשר תמיכה הם בלתי נמנעים, עיצוב של הסרת קל מבטיח כי לאחר עיבוד לא הופך לצוואר.

עקרונות המפתח הם פשוטים: לשמור על פני השטח בתוך 45 מעלות, להשתמש chamfers ומילויים כדי לרכך את המעברים, סטיות מורכבות מפוצלת לתוך רכיבים פשוטים יותר, ולבחור אסטרטגיות ספציפיות חומרים.עם כלים אלה ביד, מהנדסים יכולים לייצר חלקים באיכות גבוהה יותר מהר, עם פחות פסולת ועלויות נמוכות יותר. כמו טכנולוגיית FDM ממשיכה להתפתח, היכולת לעצב עבור תמיכה מינימלית תישאר מיומנות חשובה עבור כל מהנדס עובד בייצור תוסף.

לקריאה נוספת על טכניקות עיצוב FDM מתקדמות, להתייעץ עם משאבים מ-FLT:0 (ההנחיות העיצוביות של Ultimaker) 1,FLT:2Siלהגדיל את אופטימיזציה של 3D אופטימיזציה מדריך תמיכה אופטימיזציה של LT 3: ו-FLT:4 All3DP של Overhang ו- Bridge guideFLT:5).