Kako okrepiti 3D odtise

Vaši 3D-natisi morajo biti dovolj močni za predvideno uporabo, pa naj bo to funkcionalni del ali razstavni model. Na trdnost natisa vpliva veliko dejavnikov, od materialov, ki jih izberete, do načina nastavitve tiskalnika. Ta priročnik zajema praktične načine za izdelavo močnejših natisov z boljšo izbiro materialov, spremembami zasnove, optimalnimi nastavitvami tiskalnika in uporabnimi metodami naknadne obdelave.

1. korak: Izberite pravi filament za trdnost

The material, ki ga izberete ima velik vpliv na to, kako močni bodo vaši 3D-natisi. Vsaka vrsta filamenta ima različne lastnosti, zaradi katerih je boljša za določene namene.

Pogoste filamente in njihove trdnostne lastnosti

• PLA: Enostavno tiskanje z dobro togostjo, vendar se pri 60 °C zmehča. Preveč krhko za dele, ki morajo prenašati obremenitve ali zunanjo uporabo.
• ABS: Bolj odporen na udarce in toploto (do 105 °C) kot PLA. Dober za mehanske dele, vendar zahteva višje temperature tiskanja in se rad ukrivlja.
• PETG: Srednja pot med PLA in ABS. Dober oprijem plasti in udarna trdnost z zmerno toplotno odpornostjo (75 °C). Dobro deluje za dele, ki potrebujejo nekaj prožnosti brez lomljenja.
• Najlon: Zelo trpežno z odlično odpornostjo proti obrabi. Idealno za zobnike, tečaje in pritrdilne elemente. Vpija vlago, zato ga pred tiskanjem hranite na suhem.

Posebni filamenti za maksimalno trdnost

• Polnjeno z ogljikovimi vlakni: Poveča togost in zmanjša težo. Dobro za toge dele, vendar lahko hitreje obrabi šobe tiskalnika.
• Ojačano s steklenimi vlakni: Izboljša toplotno odpornost in togost, hkrati pa ohranja spodobno odpornost na udarce.
• Polnjeno s kovino: Poveča težo in bolje prevaja toploto. Predvsem zaradi videza, lahko pa pomaga pri odvajanju toplote.

Kateri filament uporabiti za določene aplikacije

• Za nosilne dele: Uporabite najlonske ali ogljikove vlaknene kompozite
• Za fleksibilne dele: Izberite TPU za visoko fleksibilnost ali najlon za zmerno fleksibilnost in trdnost
• Za toplotno odpornost: Pick PC (deluje do 125 °C)
• Za zunanjo uporabo: Izberite ASA za UV odpornost in manj upogibanja

Kakovosten filament od uglednih blagovnih znamk je zelo pomembno, ko je moč vaša prioriteta.

2. korak: Oblikujte svoje modele za maksimalno trdnost

Način oblikovanja 3D-modela močno vpliva na njegovo trdnost, ne glede na material, ki ga uporabite. Pametne izbire oblikovanja lahko pomenijo razliko med deli, ki se zlahka zlomijo, in tistimi, ki vzdržijo obremenitve.

Zamenjajte ostre vogale s zaobljenimi robovi in ​​posnetimi robovi

Ostri vogali koncentrirajo napetosti in ustvarjajo lomne točke v vaših odtisih. Dodajanje zaobljenih robov (zaobljenih robov) ali kotnih prehodov (posnetih robov) enakomerneje porazdeli silo po celotnem izdelku. Že majhen polmer 1–2 mm na vogalih znatno izboljša trdnost, ne da bi pri tem spremenil funkcionalnost. Za območja z visoko obremenitvijo, kot so podnožja kavljev ali pritrdilne luknje, dodajanje dodatne debeline zagotavlja znatne prednosti trdnosti z minimalnim dodatnim materialom.

Okrepite ravne površine z rebri in vstavki

Namesto da bi bil celoten del debelejši, dodajte ciljno ojačitev. Tanka rebra vzdolž ravnih površin zagotavljajo odlično togost ob manjši porabi materiala. Na spojih in vogalih, trikotne opore (vstavki) učinkovito prenašajo sile med povezovalnimi deli. Te strateške ojačitve sledijo enakim inženirskim načelom, ki se uporabljajo v gradbeništvu in proizvodnji, kar ima za posledico močnejše odtise s krajšimi časi tiskanja.

Orientacija plasti pravokotno na smer sile

Orientacija tiskanja močno vpliva na trdnost, saj so 3D-tiskalniki najšibkejši med plastmi. Model postavite tako, da bodo črte plasti potekale pravokotno na glavne sile, ki jih bodo izpostavljene. Na primer, natisnite kavelj s plastmi, ki prečkajo krivuljo in ne potekajo vzdolž nje. Če niste prepričani o najboljši orientaciji, natisnite majhne testne vzorce v različnih položajih, preden izdelate del v polni velikosti. Ta preprost korak lahko drastično izboljša vzdržljivost vašega tiska.

3. korak: Optimizirajte nastavitve 3D-tiskalnika za moč

Ko izberete pravi material in pravilno oblikujete model, postanejo nastavitve vašega 3D-tiskalnika zadnji ključni dejavnik pri ustvarjanju močnih odtisov. Tukaj je opisano, kako prilagodite nastavitve rezalnika za največjo moč:

Prilagodite višino plasti za uravnoteženje moči

Višina sloja vpliva tako na trdnost kot na čas tiskanja. Pri delih, kjer je poudarek na trdnosti, srednje debeli sloji (0,2–0,3 mm) pogosto zagotavljajo boljši oprijem slojev, hkrati pa tiskajo hitreje kot tanki sloji. Izboljšana vez med temi sloji lahko odtehta prednosti natančnosti tanjših slojev pri funkcionalnih delih. Zelo tanki sloji povečajo podrobnosti, vendar tiskanje traja dlje, medtem ko lahko zelo debeli sloji zmanjšajo trdnost zaradi slabega oprijema.

Izberite pravi vzorec in gostoto polnila

Vzorec polnila pomembno vpliva na trdnost. Trikotni ali giroidni vzorci običajno ponujajo najboljše razmerje med trdnostjo in materialom. Satovje zagotavlja odlično trdnost po celotnem obodu, medtem ko kubično polnilo blesti v tlačni trdnosti od vrha do dna. Za specifične smeri sile ustrezno prilagodite vzorec polnila.

Večina funkcionalnih delov se dobro obnese z gostoto polnila 20–40 %, pri čemer se uravnoteži trdnost in poraba materiala. Povečanje na 50–60 % zagotavlja zmerno povečanje trdnosti, vendar podvoji čas tiskanja in porabo materiala. Razmislite o uporabi višjih odstotkov polnila le na določenih območjih z visoko obremenitvijo in ne po celotnem delu.

Povečajte debelino stene za zunanjo trdnost

Debelina stene (število obodov) pogosto bolj prispeva k skupni trdnosti kot polnilo. Trije do štirje obodi (1,2–1,6 mm z 0,4 mm šobo) zagotavljajo odlično trdnost zunanje lupine za večino uporab. Zunanja lupina v mnogih primerih nosi večino obremenitve, zaradi česar je ta prilagoditev zelo učinkovita. Prav tako povečajte število zgornjih in spodnjih plasti na vsaj 4–5 plasti za boljšo togost na točkah prehoda napetosti.

4. korak: Nadzorujte okolje tiskanja za boljši oprijem plasti

Okolje, v katerem tiskate, pomembno vpliva na oprijem sloja in splošno trdnost tiska. Ti pogosto spregledani dejavniki lahko vplivajo na to, ali so robustni deli ali prezgodnje okvare.

Vzdržujte stabilno temperaturo in vlažnost

Doslednost tiskalnega okolja neposredno vpliva na delovanje filamenta in oprijem plasti. V območju tiskanja vzdržujte stabilno temperaturo med 20 in 25 °C (68–77 °F), da preprečite upogibanje in izboljšate lepljenje plasti. Pri materialih, občutljivih na temperaturna nihanja, kot je ABS, ohišje pomaga ohranjati konstantne pogoje in preprečuje prepih, ki lahko povzroči ločitev plasti. Nadzor vlažnosti je prav tako pomemben, zlasti pri higroskopskih filamentih, kot sta najlon in PLA. Ko filamentov ne uporabljate, jih shranjujte v nepredušno zaprtih posodah s sušilnim sredstvom, pred tiskanjem na izpostavljene materiale pa razmislite o uporabi sušilnika filamentov.

Pravilno ravnanje z odtisi in njihovo shranjevanje

Pravilno ravnanje ohranja integriteto vaših 3D-natisov. Preden natise odstranite s tiskalne plošče, jih pustite, da se popolnoma ohladijo, da preprečite upogibanje ali deformacijo zaradi napetosti. Pri ločevanju natisov od gradbene plošče uporabljajte nežen, enakomeren pritisk in ne ostrih udarcev, ki bi lahko povzročili notranje razpoke.Pri tiskanih materialih, namenjenih funkcionalni uporabi, upoštevajte njihove pogoje shranjevanja. PLA se postopoma razgradi, ko je izpostavljena UV-svetlobi in visoki vlažnosti, medtem ko ABS in PETG ohranjata boljšo dolgoročno stabilnost. Kritične dele shranjujte na hladnem in suhem mestu, stran od neposredne sončne svetlobe, da ohranite njihovo trdnost.

5. korak: Po tiskanju nanesite toploto, kemikalije in ojačitve

Tudi ko je vaš tisk končan, lahko več tehnik naknadne obdelave znatno izboljša njegovo trdnost. Te metode lahko standardne tiske spremenijo v izjemno trpežne dele.

Toplotno obdelajte svoje odtise z žarjenjem

Žarjenje krepi odtise z izboljšanjem njihove molekularne strukture. Za PLA segrevajte na 80–85 °C (175–185 °F) 30–45 minut, nato pa počasi ohladite. Ta postopek lahko poveča trdnost PLA za do 40 %, hkrati pa izboljša odpornost na toploto. Za ABS uporabite 95–100 °C (200–212 °F). Upoštevajte, da se lahko med žarjenjem pojavijo nekatere dimenzijske spremembe, zato najprej preizkusite z majhnimi odtisi. Različne znamke filamentov lahko za optimalne rezultate zahtevajo nekoliko različne temperature.

Za močnejše vezi plasti uporabite kemične obdelave

Kemična obdelava izboljša oprijem plasti in trdnost površine. Pri ABS odtisih glajenje z acetonskimi hlapi delno raztopi linije plasti in ustvari močnejše vezi med plastmi. Odtis postavite v zaprto posodo z acetonskimi hlapi za 20–30 minut. Pri PLA in drugih materialih premazi, kot je epoksidna smola XTC-3D, dodajo odpornost proti udarcem in zaščito pred vlago. Te tesnilne mase ustvarijo tanko zaščitno plast, ki lahko poveča funkcionalno trdnost za 25–30 %.

Dodajte fizične ojačitve za kritične dele

Za maksimalno trdnost dodajte mehanske ojačitve. Začasno ustavite tiskanje na strateških plasteh, da vstavite kovinske palice, navojne vložke ali kose ogljikovih vlaken, nato pa nadaljujte s tiskanjem, da jih trajno vdelate. Lahko pa v modelu oblikujete kanale za dodajanje ojačitev po tiskanju. Pri spajanju ločenih delov lahko specializirana lepila, kot je cianoakrilat z aktivatorjem ali dvokomponentni epoksid, ustvarijo vezi, močnejše od prvotnega materiala.

6. korak: Preizkusite, se učite in izboljšajte svoje odtise

Ustvarjanje resnično močnih 3D-tiskov je iterativni proces. Testiranje delov in izboljšave na podlagi podatkov sčasoma vodijo do najboljših rezultatov.

Izvedite preproste teste trdnosti

Ne potrebujete drage opreme preizkus moči tiskaPoskusite z nadzorovanimi obremenitvenimi testi, kot so upogibanje, zvijanje ali padanje z naraščajočih višin, da najdete točke zloma. Za večjo natančnost ustvarite preproste preskusne naprave, ki uporabljajo naraščajočo silo do zloma. Dokumentirajte, kje in kako posamezen del odpove – bodisi zaradi ločitve plasti, zrušitve polnila ali razpok po obodu. Pri funkcionalnih delih simulirajte pogoje uporabe v resničnem svetu, vendar z višjo intenzivnostjo, da prepoznate potencialne točke zloma.

Izvedite ciljno usmerjene izboljšave

Rezultate testov uporabite za specifične prilagoditve, namesto da bi spreminjali vse naenkrat. Če se deli zlomijo na linijah plasti, se osredotočite na oprijem plasti s prilagajanjem temperature ali pretoka. Pri odpovedih polnila poskusite z različnimi vzorci ali povečajte gostoto na kritičnih območjih. Ko obodi razpokajo, lahko težavo rešijo dodatne stene ali drugačna orientacija. Ustvarite dnevnik testiranja, ki spremlja vsako spremembo in njen vpliv na trdnost, da ugotovite, katere spremembe zagotavljajo najpomembnejše izboljšave.

Razvijte lastne najboljše prakse

Med testiranjem in ponavljanjem boste odkrili kombinacije nastavitev, oblik in tehnik, ki najbolje delujejo za vaš tiskalnik in pogoste aplikacije. Sestavite referenčni vodnik preizkušenih konfiguracij za različne zahteve glede trdnosti.Najuspešnejši oblikovalci 3D-tiskalnikov vsak tisk vidijo kot del nenehnega procesa učenja, pri čemer je vsaka iteracija nekoliko močnejša od prejšnje. Ta pristop nenehnega izboljševanja sčasoma privede do tiskov, ki zanesljivo delujejo tudi v zahtevnih aplikacijah.

Pravilno ojačajte svoje 3D-natise!

Pridobivanje močnejših 3D-tiskov je preprostejše, kot si morda mislite. Izberite pravi material Pri svojem projektu oblikujte z mislijo na trdnost z uporabo zaobljenih vogalov in ojačitev ter optimizirajte nastavitve tiskalnika – zlasti debelino sten in polnilo. Tiskajte v stabilnem okolju, po potrebi uporabite naknadno obdelavo in se iz vsakega odtisa učite s testiranjem in ciljno usmerjenimi izboljšavami. Pri naslednjem odtisu začnite z eno tehniko iz tega priročnika in sami opazujte razliko v trdnosti.