Ako posilniť 3D výtlačky

Vaše 3D výtlačky musia byť dostatočne pevné na zamýšľané použitie, či už ide o funkčnú súčiastku alebo model na vystavenie. Pevnosť výtlačku ovplyvňuje mnoho faktorov, od materiálov, ktoré si vyberiete, až po spôsob nastavenia tlačiarne. Táto príručka pokrýva praktické spôsoby, ako vytvoriť pevnejšie výtlačky prostredníctvom lepšieho výberu materiálu, zmien dizajnu, optimálnych nastavení tlačiarne a užitočných metód následného spracovania.

Krok 1: Vyberte si správny filament pre pevnosť

Ten/Tá/To materiál, ktorý si vyberiete má obrovský vplyv na to, aké pevné budú vaše 3D výtlačky. Každý typ filamentu má iné vlastnosti, vďaka ktorým je lepší na určité účely.

Bežné vlákna a ich pevnostné vlastnosti

• PLA: Ľahko sa tlačí s dobrou tuhosťou, ale pri 60 °C mäkne. Príliš krehké na diely, ktoré musia odolávať namáhaniu alebo vonkajšiemu použitiu.
• ABS: Odolnejší voči nárazom a teplu (do 105 °C) ako PLA. Vhodný na mechanické súčiastky, ale vyžaduje vyššie teploty tlače a má tendenciu sa deformovať.
• PETG: Stredná cesta medzi PLA a ABS. Dobrá priľnavosť vrstiev a rázová húževnatosť so strednou tepelnou odolnosťou (75 °C). Vhodný pre diely, ktoré vyžadujú určitú flexibilitu bez zlomenia.
• Nylon: Veľmi odolný s vynikajúcou odolnosťou proti opotrebovaniu. Ideálny na ozubené kolesá, pánty a spojovacie prvky. Absorbuje vlhkosť, preto ho pred tlačou uchovávajte v suchu.

Špeciálne filamenty pre maximálnu pevnosť

• Plnené uhlíkovými vláknami: Zvyšuje tuhosť a znižuje hmotnosť. Vhodné pre pevné súčiastky, ale môže rýchlejšie opotrebovať trysky tlačiarne.
• Vystužené sklenenými vláknami: Zlepšuje tepelnú odolnosť a tuhosť pri zachovaní slušnej odolnosti voči nárazu.
• S kovovou výplňou: Zvyšuje hmotnosť a lepšie vedie teplo. Hlavne kvôli vzhľadu, ale môže pomôcť s odvodom tepla.

Ktorý filament použiť pre konkrétne aplikácie

• Pre nosné časti: Použite nylonové alebo uhlíkové vláknité kompozity
• Pre flexibilné časti: Vyberte TPU pre vysokú flexibilitu alebo nylon pre strednú flexibilitu s pevnosťou
• Pre tepelnú odolnosť: Pick PC (funguje do 125 °C)
• Na vonkajšie použitie: Vyberte ASA pre odolnosť voči UV žiareniu a menšiu deformáciu

Kvalitný filament od renomovaných značiek má veľký význam, keď je vašou prioritou sila.

Krok 2: Navrhnite svoje modely pre maximálnu pevnosť

Spôsob, akým navrhnete svoj 3D model, výrazne ovplyvňuje jeho pevnosť bez ohľadu na použitý materiál. Inteligentné voľby dizajnu môžu znamenať rozdiel medzi dielmi, ktoré sa ľahko zlomia, a tými, ktoré vydržia aj pri namáhaní.

Nahraďte ostré rohy zaobleniami a skoseniami

Ostré rohy sústreďujú napätie a vytvárajú miesta zlomu vo vašich výtlačkoch. Pridanie zaoblených hrán (zaoblení) alebo šikmých prechodov (skosení) rozloží silu rovnomernejšie v celom diele. Aj malý polomer 1 – 2 mm v rohoch výrazne zlepšuje pevnosť bez zmeny funkčnosti. V oblastiach s vysokým namáhaním, ako sú základne hákov alebo montážne otvory, pridanie väčšej hrúbky poskytuje značné výhody v oblasti pevnosti s minimálnym dodatočným materiálom.

Posilnenie plochých povrchov rebrami a výstuhami

Namiesto toho, aby ste celý diel zosilnili, pridajte cielenú výstuž. Tenké rebrá pozdĺž plochých plôch poskytujú vynikajúcu tuhosť pri použití menšej veľkosti materiálu. V spojoch a rohoch, trojuholníkové podpery (kliny) efektívne prenášajú sily medzi spojovacími časťami. Tieto strategické výstuže sa riadia rovnakými inžinierskymi princípmi, aké sa používajú v stavebníctve a výrobe, čo vedie k pevnejším výtlačkom s kratším časom tlače.

Orientovať vrstvy kolmo na smer sily

Orientácia tlače výrazne ovplyvňuje pevnosť, pretože 3D výtlačky sú najslabšie medzi vrstvami. Umiestnite model tak, aby čiary vrstiev prebiehali kolmo na hlavné sily, ktorým bude vystavený. Napríklad vytlačte háčik s vrstvami, ktoré križujú krivku, a nie pozdĺž nej. Ak si nie ste istí najlepšou orientáciou, vytlačte malé testovacie vzorky v rôznych polohách pred vytvorením dielu v plnej veľkosti. Tento jednoduchý krok môže výrazne zlepšiť odolnosť vašej tlače.

Krok 3: Optimalizujte nastavenia 3D tlačiarne pre pevnosť

Po výbere správneho materiálu a správnom návrhu modelu sa nastavenia 3D tlačiarne stávajú posledným kritickým faktorom pri vytváraní silných výtlačkov. Tu je postup, ako upraviť nastavenia krájača pre maximálnu pevnosť:

Úprava výšky vrstvy pre vyváženie sily

Výška vrstvy ovplyvňuje pevnosť aj čas tlače. V prípade dielov zameraných na pevnosť stredné vrstvy (0,2 – 0,3 mm) často poskytujú lepšiu priľnavosť vrstiev a zároveň tlačia rýchlejšie ako tenké vrstvy. Zlepšená väzba medzi týmito vrstvami môže prevážiť výhody presnosti tenších vrstiev pre funkčné diely. Veľmi tenké vrstvy zvyšujú detaily, ale tlačia sa dlhšie, zatiaľ čo veľmi hrubé vrstvy môžu znižovať pevnosť v dôsledku slabej priľnavosti.

Vyberte správny vzor a hustotu výplne

Vzor výplne výrazne ovplyvňuje pevnosť. Trojuholníkové alebo gyroidné vzory zvyčajne ponúkajú najlepší pomer pevnosti k materiálu. Včelí plást poskytuje vynikajúcu celkovú pevnosť, zatiaľ čo kubická výplň vyniká v pevnosti v tlaku zhora nadol. Pre konkrétne smery sily prispôsobte vzor výplne.

Väčšina funkčných dielov funguje dobre s hustotou výplne 20 – 40 %, pričom sa vyvažuje pevnosť a spotreba materiálu. Zvýšenie na 50 – 60 % poskytuje mierne zvýšenie pevnosti, ale zdvojnásobuje čas tlače a spotrebu materiálu. Zvážte použitie vyšších percent výplne iba v špecifických oblastiach s vysokým namáhaním, a nie v celom diele.

Zväčšenie hrúbky steny pre vonkajšiu pevnosť

Hrúbka steny (počet obvodov) často prispieva k celkovej pevnosti viac ako výplň. Tri až štyri obvody (1,2 – 1,6 mm s tryskou 0,4 mm) poskytujú vynikajúcu pevnosť vonkajšieho plášťa pre väčšinu aplikácií. Vonkajší plášť nesie v mnohých scenároch väčšinu zaťaženia, vďaka čomu je táto úprava veľmi účinná. Taktiež zvýšte počet vrchných a spodných vrstiev na aspoň 4 – 5 vrstiev pre lepšiu tuhosť v bodoch prechodu napätia.

Krok 4: Ovládajte tlačové prostredie pre lepšiu priľnavosť vrstiev

Prostredie, v ktorom tlačíte, výrazne ovplyvňuje priľnavosť vrstiev a celkovú pevnosť tlače. Tieto často prehliadané faktory môžu znamenať rozdiel medzi robustnými dielmi a predčasnými poruchami.

Udržiavajte stabilnú teplotu a vlhkosť

Konzistencia tlačového prostredia priamo ovplyvňuje výkon filamentu a priľnavosť vrstiev. Udržujte tlačový priestor na stabilnej teplote medzi 20 – 25 °C (68 – 77 °F), aby ste predišli deformácii a zlepšili spájanie vrstiev. Pri materiáloch citlivých na kolísanie teploty, ako je ABS, pomáha kryt udržiavať konzistentné podmienky a zabraňuje prievanu, ktorý môže spôsobiť oddelenie vrstiev. Regulácia vlhkosti je rovnako dôležitá, najmä pri hygroskopických filamentoch, ako je nylon a PLA. Keď filamenty nepoužívate, skladujte ich vo vzduchotesných nádobách so sušidlom a pred tlačou na exponované materiály zvážte použitie sušiča filamentov.

Správne manipulujte s výtlačkami a skladujte ich

Správna manipulácia zachováva integritu vašich 3D výtlačkov. Pred vybratím z tlačovej podložky nechajte výtlačky úplne vychladnúť, aby ste predišli ich deformácii alebo napätiu. Pri oddeľovaní výtlačkov od pracovnej dosky používajte jemný a rovnomerný tlak, a nie ostré nárazy, ktoré by mohli spôsobiť vnútorné praskliny.Pri výtlačkoch určených na funkčné použitie zvážte ich skladovacie podmienky. PLA postupne degraduje, keď je vystavený UV žiareniu a vysokej vlhkosti, zatiaľ čo ABS a PETG si zachovávajú lepšiu dlhodobú stabilitu. Kritické diely skladujte na chladnom a suchom mieste mimo dosahu priameho slnečného žiarenia, aby sa zachovali ich pevnostné vlastnosti.

Krok 5: Po tlači aplikujte teplo, chemikálie a výstuže

Aj po dokončení tlače môže niekoľko techník dodatočného spracovania výrazne zlepšiť jej pevnosť. Tieto metódy dokážu premeniť štandardné výtlačky na pozoruhodne odolné diely.

Tepelne upravte svoje výtlačky žíhaním

Žíhanie spevňuje výtlačky zlepšením ich molekulárnej štruktúry. V prípade PLA zahrievajte na 80 – 85 °C (175 – 185 °F) počas 30 – 45 minút a potom pomaly ochlaďte. Tento proces môže zvýšiť pevnosť PLA až o 40 % a zároveň zlepšiť tepelnú odolnosť. V prípade ABS použite 95 – 100 °C (200 – 212 °F). Uvedomte si, že počas žíhania sa môžu vyskytnúť určité rozmerové zmeny, preto najskôr vyskúšajte s malými výtlačkami. Rôzne značky filamentov môžu pre dosiahnutie optimálnych výsledkov vyžadovať mierne odlišné teploty.

Pre silnejšie väzby vrstiev použite chemické ošetrenie

Chemické úpravy zlepšujú priľnavosť vrstiev a pevnosť povrchu. V prípade ABS výtlačkov vyhladzovanie acetónovými parami čiastočne rozpúšťa línie vrstiev, čím vytvára silnejšie väzby medzi vrstvami. Vložte výtlačok do uzavretej nádoby s acetónovými parami na 20 – 30 minút. V prípade PLA a iných materiálov zvyšujú nátery, ako napríklad epoxidová živica XTC-3D, odolnosť voči nárazu a ochranu pred vlhkosťou. Tieto tmely vytvárajú tenkú ochrannú vrstvu, ktorá môže zvýšiť funkčnú pevnosť o 25 – 30 %.

Pridajte fyzické výstuže pre kritické časti

Pre maximálnu pevnosť pridajte mechanické výstuže. Pozastavte tlač na strategických vrstvách, aby ste vložili kovové tyče, závitové vložky alebo kusy uhlíkových vlákien, a potom pokračujte v tlači, aby ste ich natrvalo vložili. Prípadne navrhnite v modeli kanály na pridanie výstuží po tlači. Pri spájaní samostatných častí môžu špeciálne lepidlá, ako je kyanoakrylát s aktivátorom alebo dvojzložkový epoxid, vytvoriť spoje silnejšie ako pôvodný materiál.

Krok 6: Testujte, učte sa a vylepšujte svoje výtlačky

Vytváranie skutočne silných 3D výtlačkov je iteratívny proces. Testovanie súčiastok a vykonávanie vylepšení na základe údajov vedie k najlepším výsledkom v priebehu času.

Vykonajte jednoduché testy pevnosti

Nepotrebujete na to drahé vybavenie test sily tlačeVyskúšajte kontrolované záťažové testy, ako je ohýbanie, krútenie alebo pád zo zvyšujúcich sa výšok, aby ste našli body zlomu. Pre väčšiu presnosť vytvorte jednoduché testovacie prípravky, ktoré aplikujú zvyšujúcu sa silu až do zlomu. Zdokumentujte, kde a ako každá časť zlyhá – či už v dôsledku oddelenia vrstiev, zrútenia výplne alebo praskania po obvode. V prípade funkčných častí simulujte podmienky reálneho používania, ale s vyššou intenzitou, aby ste identifikovali potenciálne body zlomu.

Vykonajte cielené vylepšenia

Výsledky testov použite na vykonanie špecifických úprav, namiesto toho, aby ste menili všetko naraz. Ak sa časti zlomia v miestach línií vrstiev, zamerajte sa na priľnavosť vrstiev úpravou teploty alebo prietoku. V prípade zlyhania výplne vyskúšajte iné vzory alebo zvýšte hustotu v kritických oblastiach. Keď obvody praskajú, problém môžu vyriešiť ďalšie steny alebo iná orientácia. Vytvorte si testovací protokol, ktorý sleduje každú zmenu a jej vplyv na pevnosť, aby ste zistili, ktoré úpravy prinášajú najvýznamnejšie zlepšenia.

Vypracujte si vlastné osvedčené postupy

Počas testovania a iterácie objavíte kombinácie nastavení, návrhov a techník, ktoré najlepšie fungujú pre vašu tlačiareň a bežné aplikácie. Vytvorte si referenčnú príručku overených konfigurácií pre rôzne požiadavky na pevnosť.Najúspešnejší dizajnéri 3D tlače vnímajú každú tlač ako súčasť prebiehajúceho procesu učenia, pričom každá iterácia je o niečo silnejšia ako predchádzajúca. Tento prístup neustáleho zlepšovania nakoniec vedie k tlačiarenským materiálom, ktoré spoľahlivo fungujú aj v náročných aplikáciách.

Poriadne spevnite svoje 3D výtlačky!

Získanie odolnejších 3D výtlačkov je jednoduchšie, než si myslíte. Vyberte si správny materiál Pri navrhovaní vášho projektu majte na pamäti pevnosť pomocou zaoblených rohov a výstuh a optimalizujte nastavenia tlačiarne – najmä hrúbku steny a výplň. Tlačte v stabilnom prostredí, v prípade potreby aplikujte dodatočné úpravy a učte sa z každej tlače testovaním a cielenými vylepšeniami. Začnite s jednou technikou z tejto príručky pri ďalšej tlači a sami uvidíte rozdiel v pevnosti.