Kā padarīt 3D izdrukas stiprākas

Jūsu 3D izdrukām ir jābūt pietiekami izturīgām paredzētajam lietojumam neatkarīgi no tā, vai tā ir funkcionāla detaļa vai displeja modelis. Drukas izturību ietekmē daudzi faktori, sākot no izvēlētajiem materiāliem līdz printera iestatīšanai. Šajā rokasgrāmatā ir aprakstīti praktiski veidi, kā iegūt izturīgākas izdrukas, izmantojot labāku materiālu izvēli, dizaina izmaiņas, optimālus printera iestatījumus un noderīgas pēcapstrādes metodes.

1. darbība: Izvēlieties pareizo kvēldiegu izturībai

The materiāls, ko izvēlaties ir milzīga ietekme uz to, cik izturīgas būs jūsu 3D izdrukas. Katram kvēldiega veidam ir atšķirīgas īpašības, kas to padara piemērotāku noteiktiem lietojumiem.

Bieži sastopamie pavedieni un to stiprības īpašības

• PLA: Viegli drukājams, ar labu stingrību, bet 60°C temperatūrā kļūst mīksts. Pārāk trausls detaļām, kurām jāiztur slodze vai jāizmanto ārpus telpām.
• ABS: Triecienizturīgāka un karstumizturīgāka (līdz 105 °C) nekā PLA. Piemērota mehāniskām detaļām, taču nepieciešama augstāka drukas temperatūra un tendence deformēties.
• PETG: Vidējais variants starp PLA un ABS. Laba slāņu saķere un triecienizturība ar mērenu karstumizturību (75°C). Lieliski piemērots detaļām, kurām nepieciešama zināma elastība, lai tās nelūztu.
• Neilons: Ļoti izturīgs ar izcilu nodilumizturību. Lieliski piemērots zobratiem, eņģēm un stiprinājumiem. Absorbē mitrumu, tāpēc pirms drukāšanas turiet to sausu.

Īpašas šķiedras maksimālai izturībai

• Oglekļa šķiedras pildījums: Palielina stingrību un samazina svaru. Piemērots stingrām detaļām, bet var ātrāk nolietot printera sprauslas.
• Stikla šķiedras pastiprināta: Uzlabo karstumizturību un stingrību, vienlaikus saglabājot pienācīgu triecienizturību.
• Ar metālu pildīts: Palielina svaru un labāk vada siltumu. Galvenokārt izskata uzlabošanai, bet var palīdzēt arī siltuma izkliedēšanā.

Kuru kvēldiegu izmantot konkrētiem lietojumiem

• Nesošajām detaļām: Izmantojiet neilona vai oglekļa šķiedras kompozītmateriālus
• Elastīgām detaļām: Izvēlieties TPU augstai elastībai vai neilons mērenai elastībai ar izturību
• Karstumizturības nodrošināšanai: Pick PC (darbojas līdz 125°C)
• Lietošanai ārpus telpām: Izvēlieties ASA, lai nodrošinātu UV izturību un mazāku deformāciju

Kvalitatīvs kvēldiegs no cienījamiem zīmoliem ir liela nozīme, ja prioritāte ir izturība.

2. solis: izstrādājiet modeļus maksimālai izturībai

Tas, kā jūs veidojat savu 3D modeli, lielā mērā ietekmē tā izturību neatkarīgi no izmantotā materiāla. Gudras dizaina izvēles var noteikt atšķirību starp detaļām, kas viegli salūst, un tādām, kas iztur slodzi.

Aizvietojiet asus stūrus ar noapaļojumiem un slīpējumiem

Asi stūri koncentrē spriegumu un rada lūzuma punktus jūsu izdrukās. Noapaļotu malu (noapaļojumu) vai leņķisku pāreju (slīpju) pievienošana vienmērīgāk sadala spēku visā detaļā. Pat neliels 1–2 mm rādiuss stūros ievērojami uzlabo izturību, nemainot funkcionalitāti. Augstas slodzes vietās, piemēram, āķu pamatnēs vai montāžas caurumos, papildu biezuma pievienošana nodrošina ievērojamus izturības ieguvumus ar minimālu papildu materiāla daudzumu.

Nostipriniet plakanas virsmas ar ribām un ieliekumiem

Tā vietā, lai visu detaļu padarītu biezāku, pievienojiet mērķtiecīgu stiegrojumu. Plānas ribas gar plakanām virsmām nodrošina izcilu stingrību, vienlaikus izmantojot mazāk materiāla. Savienojumos un stūros, trīsstūrveida balsti (ieliktņi) efektīvi pārnes spēkus starp savienojošajām sekcijām. Šie stratēģiskie pastiprinājumi atbilst tiem pašiem inženiertehniskajiem principiem, kas tiek izmantoti būvniecībā un ražošanā, kā rezultātā tiek iegūtas izturīgākas izdrukas ar īsāku drukas laiku.

Orientēt slāņus perpendikulāri spēka virzienam

Jūsu drukas orientācija būtiski ietekmē izturību, jo 3D izdrukas ir visvājākās starp slāņiem. Novietojiet modeli tā, lai slāņu līnijas būtu perpendikulāras galvenajiem spēkiem, ar kuriem tas saskarsies. Piemēram, izdrukājiet āķi, kur slāņi šķērso līkni, nevis iet gar to. Ja neesat pārliecināts par labāko orientāciju, pirms pilna izmēra detaļas izgatavošanas izdrukājiet mazus testa paraugus dažādās pozīcijās. Šis vienkāršais solis var ievērojami uzlabot izdrukas izturību.

3. darbība. Optimizējiet 3D printera iestatījumus izturībai

Pēc pareizā materiāla izvēles un modeļa pareizas izstrādes 3D printera iestatījumi kļūst par pēdējo kritisko faktoru spēcīgu izdruku izveidē. Lūk, kā pielāgot griezēja iestatījumus maksimālai izturībai:

Pielāgojiet slāņa augstumu stipruma līdzsvaram

Slāņa augstums ietekmē gan izturību, gan drukāšanas laiku. Izturībai paredzētām detaļām vidēji biezi slāņi (0,2–0,3 mm) bieži vien nodrošina labāku slāņu saķeri, vienlaikus drukājot ātrāk nekā plāni slāņi. Uzlabotā saķere starp šiem slāņiem var atsvērt plānāku slāņu precizitātes ieguvumus funkcionālām detaļām. Ļoti plāni slāņi palielina detaļu skaitu, bet drukāšana prasa ilgāku laiku, savukārt ļoti biezi slāņi var samazināt izturību sliktas saķeres dēļ.

Izvēlieties pareizo aizpildījuma rakstu un blīvumu

Pildījuma raksts būtiski ietekmē izturību. Trīsstūrveida vai žiroidveida raksti parasti piedāvā vislabāko izturības un materiāla attiecību. Šūnveida raksts nodrošina izcilu vispārējo izturību, savukārt kubiskais pildījums izceļas ar izcilu spiedes izturību no augšas līdz apakšai. Konkrētiem spēka virzieniem attiecīgi pielāgojiet pildījuma rakstu.

Lielākā daļa funkcionālo detaļu labi darbojas ar 20–40 % aizpildījuma blīvumu, līdzsvarojot izturību un materiāla patēriņu. Palielinot līdz 50–60 %, tiek panākts mērens izturības pieaugums, bet drukāšanas laiks un materiāla patēriņš dubultojas. Apsveriet iespēju izmantot lielāku aizpildījuma procentuālo daudzumu tikai noteiktās vietās ar augstu spriegumu, nevis visā detaļā.

Palieliniet sienas biezumu ārējai izturībai

Sienas biezums (perimetra skaits) bieži vien vairāk ietekmē kopējo izturību nekā pildījums. Trīs līdz četri perimetri (1,2–1,6 mm ar 0,4 mm sprauslu) nodrošina lielisku ārējās apvalka izturību lielākajai daļai pielietojumu. Ārējais apvalks daudzos gadījumos nes lielāko daļu slodzes, padarot šo regulējumu ļoti efektīvu. Tāpat palieliniet augšējo un apakšējo slāņu skaitu vismaz līdz 4–5 slāņiem, lai nodrošinātu labāku stingrību sprieguma pārejas punktos.

4. darbība. Kontrolējiet drukas vidi, lai nodrošinātu labāku slāņu saķeri

Drukāšanas vide būtiski ietekmē slāņu saķeri un kopējo drukas izturību. Šie bieži vien ignorētie faktori var noteikt atšķirību starp detaļu izturību un priekšlaicīgām atteicēm.

Uzturēt stabilu temperatūru un mitrumu

Drukas vides konsekvence tieši ietekmē kvēldiega veiktspēju un slāņu saķeri. Uzturiet drukas zonas temperatūru stabilā diapazonā no 20 līdz 25 °C (68–77 °F), lai novērstu deformāciju un uzlabotu slāņu saķeri. Materiāliem, kas ir jutīgi pret temperatūras svārstībām, piemēram, ABS, korpuss palīdz uzturēt nemainīgus apstākļus un novērš caurvēju, kas var izraisīt slāņu atdalīšanos. Mitruma kontrole ir tikpat svarīga, īpaši higroskopiskiem kvēldiegiem, piemēram, neilonam un PLA. Uzglabājiet kvēldiega pavedienus hermētiskos traukos ar desikantu, kad tie netiek lietoti, un pirms drukāšanas ar atklātiem materiāliem apsveriet kvēldiega žāvētāja izmantošanu.

Pareizi rīkojieties ar izdrukām un tās uzglabājiet

Pareiza apiešanās saglabā jūsu 3D izdruku integritāti. Pirms izdruku noņemšanas no drukas virsmas ļaujiet tām pilnībā atdzist, lai novērstu to deformāciju vai sprieguma deformāciju. Atdalot izdrukas no pamatnes, izmantojiet maigu, vienmērīgu spiedienu, nevis asus triecienus, kas varētu radīt iekšējus lūzumus.Izdrukām, kas paredzētas funkcionālai lietošanai, jāņem vērā to uzglabāšanas apstākļi. PLA pakāpeniski noārdās, pakļaujoties UV gaismai un augstam mitrumam, savukārt ABS un PETG saglabā labāku ilgtermiņa stabilitāti. Svarīgas detaļas uzglabājiet vēsā, sausā vietā, sargājot no tiešiem saules stariem, lai saglabātu to izturības īpašības.

5. darbība. Pēc drukāšanas uzklājiet siltumu, ķimikālijas un pastiprinājumus

Pat pēc tam, kad jūsu izdruka ir pabeigta, vairākas pēcapstrādes metodes var ievērojami uzlabot tās izturību. Šīs metodes var pārveidot standarta izdrukas par ievērojami izturīgām detaļām.

Apstrādājiet izdrukas ar termisko apstrādi, atkvēlinot

Atkvēlināšana stiprina izdrukas, uzlabojot to molekulāro struktūru. PLA gadījumā karsējiet līdz 80–85 °C (175–185 °F) 30–45 minūtes un pēc tam lēnām atdzesējiet. Šis process var palielināt PLA izturību līdz pat 40 %, vienlaikus uzlabojot karstumizturību. ABS gadījumā izmantojiet 95–100 °C (200–212 °F) temperatūru. Ņemiet vērā, ka atkvēlināšanas laikā var rasties dažas izmēru izmaiņas, tāpēc vispirms pārbaudiet ar mazām izdrukām. Dažādiem kvēldiegu zīmoliem optimālu rezultātu sasniegšanai var būt nepieciešamas nedaudz atšķirīgas temperatūras.

Lai slāņu saķere būtu spēcīgāka, uzklājiet ķīmisko apstrādi

Ķīmiskā apstrāde uzlabo slāņu saķeri un virsmas izturību. ABS apdrukām acetona tvaiku izlīdzināšana daļēji izšķīdina slāņu līnijas, radot stiprākas saites starp slāņiem. Ievietojiet apdruku noslēgtā traukā ar acetona tvaikiem uz 20–30 minūtēm. PLA un citiem materiāliem pārklājumi, piemēram, XTC-3D epoksīdsveķi, nodrošina triecienizturību un aizsardzību pret mitrumu. Šie hermētiķi izveido plānu aizsargslāni, kas var palielināt funkcionālo izturību par 25–30%.

Pievienot fiziskus pastiprinājumus kritiski svarīgām detaļām

Lai panāktu maksimālu izturību, pievienojiet mehāniskus pastiprinājumus. Apturiet drukāšanu stratēģiski svarīgos slāņos, lai ievietotu metāla stieņus, vītņotus ieliktņus vai oglekļa šķiedras gabalus, pēc tam turpiniet drukāšanu, lai tos pastāvīgi iestrādātu. Varat arī modelī izveidot kanālus pastiprinājumu pievienošanai pēc drukāšanas. Savienojot atsevišķas detaļas, specializētas līmes, piemēram, ciānakrilāts ar aktivatoru vai divkomponentu epoksīdsveķi, var radīt stiprākas saites nekā sākotnējais materiāls.

6. darbība. Pārbaudiet, apgūstiet un uzlabojiet savas izdrukas

Patiesi spēcīgu 3D izdruku izveide ir iteratīvs process. Detaļu testēšana un uz datiem balstītu uzlabojumu veikšana laika gaitā nodrošina labākos rezultātus.

Veikt vienkāršus izturības testus

Jums nav nepieciešams dārgs aprīkojums, lai pārbaudīt drukas stiprībuLai atrastu lūzuma punktus, izmēģiniet kontrolētus sprieguma testus, piemēram, liekšanu, griešanu vai krišanu no pieaugoša augstuma. Lai iegūtu lielāku precizitāti, izveidojiet vienkāršas testa ierīces, kas pieliek pieaugošu spēku, līdz tās sabrūk. Dokumentējiet, kur un kā katra detaļa sabrūk — vai nu slāņu atdalīšanās, aizpildījuma sabrukšana vai perimetra plaisāšana. Funkcionālām detaļām simulējiet reālus lietošanas apstākļus, bet ar lielāku intensitāti, lai identificētu potenciālos lūzuma punktus.

Veiciet mērķtiecīgus uzlabojumus

Izmantojiet testa rezultātus, lai veiktu konkrētas korekcijas, nevis mainītu visu uzreiz. Ja detaļas saplīst slāņu līnijās, koncentrējieties uz slāņu saķeri, pielāgojot temperatūru vai plūsmas ātrumu. Aizpildījuma bojājumu gadījumā izmēģiniet dažādus modeļus vai palieliniet blīvumu kritiskajās vietās. Ja perimetrs saplaisā, problēmu varētu atrisināt papildu sienas vai atšķirīga orientācija. Izveidojiet testēšanas žurnālu, kurā tiek izsekotas visas izmaiņas un to ietekme uz izturību, lai noteiktu, kuras modifikācijas nodrošina vislielākos uzlabojumus.

Izstrādājiet savu labāko praksi

Veicot testēšanu un atkārtojot, jūs atklāsiet iestatījumu, dizainu un metožu kombinācijas, kas vislabāk atbilst jūsu printerim un biežāk lietotajām lietojumprogrammām. Izveidojiet pārbaudītu konfigurāciju uzziņu rokasgrāmatu dažādām izturības prasībām.Veiksmīgākie 3D drukas dizaineri katru izdruku uzskata par daļu no nepārtraukta mācību procesa, kur katra iterācija ir nedaudz spēcīgāka par iepriekšējo. Šī nepārtrauktās uzlabošanas pieeja galu galā noved pie izdrukām, kas darbojas uzticami pat sarežģītos apstākļos.

Pareizi nostipriniet savus 3D izdrukas!

Izturīgāku 3D izdruku iegūšana ir vienkāršāka, nekā jūs domājat. Izvēlieties pareizais materiāls Savam projektam, ņemot vērā izturību, izmantojiet noapaļotus stūrus un pastiprinājumus, un optimizējiet printera iestatījumus, īpaši sienu biezumu un aizpildījumu. Drukājiet stabilā vidē, nepieciešamības gadījumā veiciet pēcapstrādes apstrādi un mācieties no katras izdrukas, testējot un veicot mērķtiecīgus uzlabojumus. Sāciet ar vienu no šajā rokasgrāmatā aprakstītajām metodēm nākamajā izdrukā un pārliecinieties paši par izturības atšķirību.