Jak wzmocnić wydruki 3D

Twoje wydruki 3D muszą być wystarczająco wytrzymałe do zamierzonego użytku, niezależnie od tego, czy jest to część funkcjonalna, czy model ekspozycyjny. Na wytrzymałość wydruku wpływa wiele czynników, od wybranych materiałów po sposób konfiguracji drukarki. Ten przewodnik obejmuje praktyczne sposoby tworzenia mocniejszych wydruków poprzez lepszy dobór materiałów, zmiany w projekcie, optymalne ustawienia drukarki i pomocne metody postprodukcji.

Krok 1: Wybierz odpowiedni filament pod kątem wytrzymałości

Ten materiał, który wybierzesz ma ogromny wpływ na to, jak mocne będą Twoje wydruki 3D. Każdy rodzaj filamentu ma inne właściwości, które sprawiają, że jest lepszy do określonych zastosowań.

Popularne włókna i ich właściwości wytrzymałościowe

• PLA: Łatwy do drukowania z dobrą sztywnością, ale staje się miękki w temperaturze 60°C. Zbyt kruchy dla części, które muszą wytrzymać naprężenia lub być używane na zewnątrz.
• ABS: Bardziej odporny na uderzenia i ciepło (do 105°C) niż PLA. Dobry do części mechanicznych, ale wymaga wyższych temperatur druku i ma tendencję do odkształcania się.
• PETG: Środek między PLA i ABS. Dobra przyczepność warstw i odporność na uderzenia przy umiarkowanej odporności na ciepło (75°C). Dobrze sprawdza się w przypadku części, które wymagają pewnej elastyczności bez pękania.
• Nylon: Bardzo wytrzymały z doskonałą odpornością na zużycie. Idealny do kół zębatych, zawiasów i elementów złącznych. Absorbuje wilgoć, więc przed drukowaniem należy go trzymać w suchości.

Specjalistyczne włókna zapewniające maksymalną wytrzymałość

• Wypełniony włóknem węglowym: Dodaje sztywności i zmniejsza wagę. Dobre dla sztywnych części, ale może szybciej zużywać dysze drukarki.
• Wzmocnione włóknem szklanym: Zwiększa odporność na ciepło i sztywność, zapewniając jednocześnie przyzwoitą odporność na uderzenia.
• Wypełnione metalem: Dodaje ciężaru i lepiej przewodzi ciepło. Głównie dla wyglądu, ale może pomóc w rozpraszaniu ciepła.

Jakiego filamentu użyć do konkretnych zastosowań

• Dla części nośnych: Użyj nylonu lub kompozytów z włókna węglowego
• W przypadku części elastycznych: Wybierać TPU dla dużej elastyczności lub nylon dla umiarkowanej elastyczności z wytrzymałością
• W przypadku odporności na ciepło: Wybierz PC (działa do 125°C)
• Do stosowania na zewnątrz: Wybierz ASA ze względu na odporność na promieniowanie UV i mniejsze odkształcanie

Jakościowy filament od renomowanych marek ma duże znaczenie, jeśli priorytetem jest wytrzymałość.

Krok 2: Zaprojektuj swoje modele tak, aby uzyskać maksymalną wytrzymałość

Sposób projektowania modelu 3D ma ogromny wpływ na jego wytrzymałość, niezależnie od użytego materiału. Mądre wybory projektowe mogą stanowić różnicę między częściami, które łatwo pękają, a tymi, które wytrzymują naprężenia.

Zastąp ostre rogi zaokrągleniami i fazowaniami

Ostre rogi koncentrują naprężenia i tworzą punkty krytyczne w wydrukach. Dodanie zaokrąglonych krawędzi (zaokrągleń) lub ukośnych przejść (faz) rozkłada siłę bardziej równomiernie w całej części. Nawet niewielki promień 1-2 mm na rogach znacznie poprawia wytrzymałość bez zmiany funkcjonalności. W przypadku obszarów o dużym naprężeniu, takich jak podstawy haczyków lub otwory montażowe, dodanie dodatkowej grubości zapewnia znaczne korzyści wytrzymałościowe przy minimalnym dodatkowym materiale.

Wzmocnij płaskie powierzchnie za pomocą żeber i klinów

Zamiast pogrubiać całą część, dodaj ukierunkowane wzmocnienie. Cienkie żebra wzdłuż płaskich powierzchni zapewniają doskonałą sztywność przy użyciu mniejszej ilości materiału. W złączach i narożnikach, podpory trójkątne (gumsy) skutecznie przenoszą siły między łączącymi sekcjami. Te strategiczne wzmocnienia stosują te same zasady inżynieryjne, które są stosowane w budownictwie i produkcji, co skutkuje mocniejszymi wydrukami i krótszym czasem drukowania.

Zorientuj warstwy prostopadle do kierunku siły

Orientacja wydruku ma duży wpływ na wytrzymałość, ponieważ wydruki 3D są najsłabsze między warstwami. Umieść model tak, aby linie warstw przebiegały prostopadle do głównych sił, którym będzie podlegał. Na przykład wydrukuj hak z warstwami przecinającymi krzywą, a nie biegnącymi wzdłuż niej. Jeśli nie masz pewności co do najlepszej orientacji, wydrukuj małe próbki testowe w różnych pozycjach przed wykonaniem pełnowymiarowej części. Ten prosty krok może radykalnie poprawić trwałość wydruku.

Krok 3: Zoptymalizuj ustawienia drukarki 3D pod kątem wytrzymałości

Po wybraniu odpowiedniego materiału i właściwym zaprojektowaniu modelu, ustawienia drukarki 3D stają się ostatecznym czynnikiem krytycznym w tworzeniu mocnych wydruków. Oto jak dostosować ustawienia slicera, aby uzyskać maksymalną wytrzymałość:

Dostosuj wysokość warstwy, aby uzyskać równowagę siły

Wysokość warstwy wpływa zarówno na wytrzymałość, jak i czas drukowania. W przypadku części nastawionych na wytrzymałość, średnie warstwy (0,2-0,3 mm) często zapewniają lepszą przyczepność warstw, a jednocześnie drukują się szybciej niż cienkie warstwy. Lepsze wiązanie między tymi warstwami może przeważyć nad korzyściami w zakresie precyzji cieńszych warstw w przypadku części funkcjonalnych. Bardzo cienkie warstwy zwiększają szczegółowość, ale drukowanie trwa dłużej, podczas gdy bardzo grube warstwy mogą zmniejszać wytrzymałość z powodu słabej przyczepności.

Wybierz odpowiedni wzór wypełnienia i gęstość

Wzór wypełnienia znacząco wpływa na wytrzymałość. Wzory trójkątne lub gyroidowe zazwyczaj oferują najlepszy stosunek wytrzymałości do materiału. Plaster miodu zapewnia doskonałą wytrzymałość na całej powierzchni, podczas gdy wypełnienie sześcienne wyróżnia się wytrzymałością na ściskanie od góry do dołu. W przypadku konkretnych kierunków siły dopasuj odpowiednio wzór wypełnienia.

Większość funkcjonalnych części dobrze działa przy gęstości wypełnienia 20-40%, równoważąc wytrzymałość i zużycie materiału. Zwiększenie do 50-60% zapewnia umiarkowany wzrost wytrzymałości, ale podwaja czas drukowania i zużycie materiału. Rozważ użycie wyższych procentów wypełnienia tylko w określonych obszarach o wysokim naprężeniu, a nie w całej części.

Zwiększ grubość ścianki, aby uzyskać wytrzymałość zewnętrzną

Grubość ścianki (liczba obwodów) często przyczynia się do ogólnej wytrzymałości bardziej niż wypełnienie. Trzy do czterech obwodów (1,2-1,6 mm z dyszą 0,4 mm) zapewniają doskonałą wytrzymałość powłoki zewnętrznej w większości zastosowań. W wielu scenariuszach powłoka zewnętrzna ponosi większość obciążenia, co sprawia, że ​​ta regulacja jest bardzo skuteczna. Ponadto zwiększ liczbę warstw górnej i dolnej do co najmniej 4-5 warstw, aby uzyskać lepszą sztywność w punktach przejścia naprężeń.

Krok 4: Kontroluj środowisko drukowania, aby uzyskać lepszą przyczepność warstw

Środowisko, w którym drukujesz, ma znaczący wpływ na przyczepność warstw i ogólną wytrzymałość druku. Te często pomijane czynniki mogą stanowić różnicę między wytrzymałymi częściami a przedwczesnymi awariami.

Utrzymuj stabilną temperaturę i wilgotność

Spójność środowiska drukowania bezpośrednio wpływa na wydajność filamentu i przyczepność warstw. Utrzymuj obszar drukowania w stabilnej temperaturze pomiędzy 20-25°C (68-77°F), aby zapobiec odkształcaniu i poprawić wiązanie warstw. W przypadku materiałów wrażliwych na wahania temperatury, takich jak ABS, obudowa pomaga utrzymać stałe warunki i zapobiega przeciągom, które mogą powodować rozdzielanie się warstw. Kontrola wilgotności jest równie ważna, szczególnie w przypadku filamentów higroskopijnych, takich jak nylon i PLA. Przechowuj filamenty w szczelnych pojemnikach z pochłaniaczem wilgoci, gdy nie są używane, i rozważ użycie suszarki filamentów przed drukowaniem z odsłoniętych materiałów.

Prawidłowe obchodzenie się z wydrukami i ich przechowywanie

Prawidłowe obchodzenie się z wydrukami 3D zachowuje integralność. Przed zdjęciem wydruków z platformy roboczej należy pozwolić im całkowicie ostygnąć, aby zapobiec ich odkształceniu lub deformacji naprężeniowej. Podczas oddzielania wydruków od płyty roboczej należy stosować delikatny, równomierny nacisk, a nie silne uderzenia, które mogą powodować pęknięcia wewnętrzne.W przypadku wydruków przeznaczonych do użytku funkcjonalnego należy wziąć pod uwagę warunki przechowywania. PLA stopniowo ulega degradacji pod wpływem światła UV i wysokiej wilgotności, podczas gdy ABS i PETG zachowują lepszą stabilność długoterminową. W przypadku krytycznych części należy przechowywać je w chłodnych, suchych warunkach, z dala od bezpośredniego światła słonecznego, aby zachować ich właściwości wytrzymałościowe.

Krok 5: Nakładanie ciepła, środków chemicznych i wzmocnień po drukowaniu

Nawet po zakończeniu wydruku kilka technik postprodukcji może znacznie poprawić jego wytrzymałość. Te metody mogą przekształcić standardowe wydruki w niezwykle trwałe części.

Poddaj swoje wydruki obróbce cieplnej poprzez wyżarzanie

Wyżarzanie wzmacnia wydruki poprzez poprawę ich struktury molekularnej. W przypadku PLA podgrzej do 80-85°C (175-185°F) przez 30-45 minut, a następnie powoli schłódź. Ten proces może zwiększyć wytrzymałość PLA nawet o 40%, jednocześnie poprawiając odporność na ciepło. W przypadku ABS użyj 95-100°C (200-212°F). Należy pamiętać, że podczas wyżarzania mogą wystąpić pewne zmiany wymiarowe, dlatego najpierw przetestuj małe wydruki. Różne marki filamentów mogą wymagać nieznacznie różnych temperatur w celu uzyskania optymalnych rezultatów.

Zastosuj obróbkę chemiczną, aby uzyskać mocniejsze wiązania warstw

Obróbka chemiczna poprawia przyczepność warstw i wytrzymałość powierzchni. W przypadku wydruków ABS wygładzanie parą acetonu częściowo rozpuszcza linie warstw, tworząc silniejsze wiązania między warstwami. Umieść wydruk w szczelnym pojemniku z parą acetonu na 20–30 minut. W przypadku PLA i innych materiałów powłoki, takie jak żywica epoksydowa XTC-3D, zwiększają odporność na uderzenia i ochronę przed wilgocią. Te uszczelniacze tworzą cienką warstwę ochronną, która może zwiększyć wytrzymałość funkcjonalną o 25–30%.

Dodaj wzmocnienia fizyczne dla krytycznych części

Aby uzyskać maksymalną wytrzymałość, dodaj wzmocnienia mechaniczne. Zatrzymaj drukowanie na strategicznych warstwach, aby wstawić pręty metalowe, wkładki gwintowane lub elementy z włókna węglowego, a następnie kontynuuj drukowanie, aby trwale je osadzić. Alternatywnie zaprojektuj kanały w swoim modelu, aby dodać wzmocnienia po wydrukowaniu. Podczas łączenia oddzielnych części specjalistyczne kleje, takie jak cyjanoakrylan z aktywatorem lub dwuskładnikowy epoksyd, mogą tworzyć wiązania mocniejsze niż oryginalny materiał.

Krok 6: Testuj, ucz się i ulepszaj swoje wydruki

Tworzenie naprawdę mocnych wydruków 3D to proces iteracyjny. Testowanie części i wprowadzanie ulepszeń opartych na danych prowadzi do najlepszych wyników w czasie.

Przeprowadź proste testy wytrzymałościowe

Nie potrzebujesz drogiego sprzętu, aby test wytrzymałości wydruku. Wypróbuj kontrolowane testy naprężeń, takie jak zginanie, skręcanie lub upuszczanie z coraz większych wysokości, aby znaleźć punkty krytyczne. Aby uzyskać większą precyzję, stwórz proste przyrządy testowe, które wywierają coraz większą siłę aż do awarii. Udokumentuj, gdzie i w jaki sposób każda część ulega awarii — czy to poprzez rozdzielenie warstw, zapadnięcie się wypełnienia, czy pęknięcie obwodowe. W przypadku części funkcjonalnych symuluj rzeczywiste warunki użytkowania, ale przy wyższych natężeniach, aby zidentyfikować potencjalne punkty krytyczne.

Wprowadź ukierunkowane ulepszenia

Wykorzystaj wyniki testów, aby wprowadzić konkretne zmiany, zamiast zmieniać wszystko na raz. Jeśli części pękają na liniach warstw, skup się na przyczepności warstw, dostosowując temperaturę lub szybkość przepływu. W przypadku awarii wypełnienia wypróbuj różne wzory lub zwiększ gęstość w obszarach krytycznych. Gdy obwody pękają, dodatkowe ściany lub inna orientacja mogą rozwiązać problem. Utwórz dziennik testów, który śledzi każdą zmianę i jej wpływ na wytrzymałość, aby zidentyfikować, które modyfikacje zapewniają najbardziej znaczące ulepszenia.

Opracuj własne najlepsze praktyki

Podczas testowania i iteracji odkryjesz kombinacje ustawień, projektów i technik, które najlepiej sprawdzają się w przypadku Twojej drukarki i typowych zastosowań. Stwórz przewodnik referencyjny sprawdzonych konfiguracji dla różnych wymagań wytrzymałościowych.Najbardziej skuteczni projektanci druku 3D postrzegają każdy wydruk jako część trwającego procesu uczenia się, przy czym każda iteracja jest nieco silniejsza od poprzedniej. To podejście do ciągłego doskonalenia ostatecznie prowadzi do wydruków, które działają niezawodnie nawet w wymagających zastosowaniach.

Wzmocnij odpowiednio swoje wydruki 3D!

Uzyskanie mocniejszych wydruków 3D jest prostsze niż mogłoby się wydawać. Wybierz odpowiedni materiał w przypadku swojego projektu projektuj z myślą o wytrzymałości, używając zaokrąglonych narożników i wzmocnień, i optymalizuj ustawienia drukarki - szczególnie grubość ścianki i wypełnienie. Drukuj w stabilnym środowisku, stosuj obróbkę poprodukcyjną, gdy jest to konieczne, i ucz się z każdego wydruku, testując i wprowadzając ukierunkowane ulepszenia. Zacznij od jednej techniki z tego przewodnika przy następnym wydruku i zobacz różnicę w wytrzymałości na własne oczy.