3D spausdintuvas 3D spausdinimas: dizainas-kad-spausdinimo eiga, medžiagos ir po-apdorojimas
Priedų gamybos revoliucija pakeitė tai, kaip mes konceptualizuojame, projektuojame ir gaminame fizinius objektus. 3D spausdinimo technologija, apsiribojusi pramoninių prototipų kūrimo įrenginiais, tapo prieinama mėgėjams, pedagogams, verslininkams ir įvairių sričių profesionalams. Visą darbo eigą-nuo pradinės projektavimo koncepcijos iki medžiagų parinkimo iki tolesnio{3}}apdorojimo metodų-suvokti labai svarbu kiekvienam, norinčiam išnaudoti visas šios transformuojančios technologijos galimybes.
Dizaino-to-spausdinimo darbo eiga
Kelionė nuo skaitmeninės koncepcijos iki fizinio objekto vyksta pagal sistemingą darbo eigą, kuriai reikia kruopštaus dėmesio kiekviename etape. 3D spausdinimo sėkmė priklauso ne tik nuo spausdintuvo kokybės, bet ir nuo to, kaip gerai ruošiate ir tvarkote savo dizaino failus.
Konceptualizavimas ir CAD projektavimas
Kiekvienas 3D atspausdintas objektas prasideda kaip skaitmeninis modelis. -Kompiuterinio projektavimo (CAD) programinė įranga yra pagrindinis šių modelių kūrimo įrankis. Populiarios parinktys yra „Fusion 360“, „SolidWorks“, „Tinkercad“ pradedantiesiems ir „Blender“, skirta organiniam modeliavimui. Programinės įrangos pasirinkimas priklauso nuo jūsų konkrečių poreikių-mechaninėms dalims reikalingi parametriniai CAD įrankiai, o meninėms skulptūroms naudingos skulptūros{7}}skirtos programos.
Kuriant 3D spausdinimą, jūsų darbe turi būti vadovaujamasi tam tikrais principais. Sienelės storis labai svarbus; per plonas ir jūsų spaudinys gali sugesti arba gauti trapius rezultatus, per storas ir jūs sugaišite medžiagą bei laiką. Daugumos FDM spausdintuvų sienelių storis turi būti ne mažesnis kaip 1-2 mm, kad konstrukcija būtų vientisa. Iškyšos yra dar vienas iššūkis,{7}}kai kampai viršija 45 laipsnius, paprastai reikalingos atraminės konstrukcijos, kurios padidina sudėtingumo ir papildomo apdorojimo darbus.
Projektuojant taip pat reikia atsižvelgti į sluoksnį-pagal-priedų gamybos sluoksnio pobūdį. Skirtingai nuo tradicinių atimties metodų, 3D spausdinimas kuria objektus iš apačios į viršų, o tai reiškia, kad modelio orientacija spausdinimo metu turi įtakos stiprumui, paviršiaus kokybei ir tinkamumui. Dalys, įtemptos išilgai sluoksnių linijų, yra silpnesnės nei įtemptos statmenai sluoksniams, todėl orientacija yra svarbus struktūrinis sprendimas.
Failų paruošimas ir pjaustymas
Kai jūsų CAD modelis bus baigtas, jis turi būti eksportuotas kaip STL (standartinė trikampio kalba) arba OBJ failas. Šie formatai vaizduoja jūsų 3D geometriją kaip trikampių tinklelį, kurį pjaustymo programinė įranga gali interpretuoti. Prieš pjaustydami, patikrinkite, ar faile nėra klaidų-ne-kolektoriaus kraštų, apverstų normaliųjų dydžių, o tinkle esančios skylės gali sukelti spausdinimo klaidų.
Pjaustymo programinė įranga yra tiltas tarp jūsų 3D modelio ir spausdintuvo. Tokios programos kaip „Cura“, „PrusaSlicer“ ir „Simplify3D“ paverčia jūsų vientisą modelį į įrankių takų seriją{3}}konkrečias instrukcijas, nurodančias spausdintuvui, kur įdėti medžiagą, kaip greitai perkelti ir kokioje temperatūroje dirbti. Šiame G-kodo faile yra tūkstančiai atskirų komandų, vykdomų paeiliui spausdinant.
Pjaustymo etapas siūlo platų pritaikymą. Sluoksnio aukštis lemia skiriamąją gebą-dėl mažesnių sluoksnių (0,1-0,2 mm) paviršiai lygesni, bet eksponentiškai pailgėja spausdinimo laikas, o didesni sluoksniai (0,3 mm ir daugiau) spausdinami greičiau ir matomas žingsnis. Užpildymo raštai ir tankis turi įtakos stiprumui ir medžiagos naudojimui; 20 % giroido užpildas užtikrina puikų stiprumo{8}}svorį daugeliu atvejų. Spausdinimo greitį, temperatūrą, įtraukimo nustatymus ir aušinimo parametrus reikia koreguoti atsižvelgiant į konkrečius medžiagos ir modelio reikalavimus.
Atraminės konstrukcijos nusipelno ypatingo dėmesio pjaustant. Šie laikini pastoliai spausdinant išlaiko išsikišusius elementus, tačiau vėliau juos reikia nuimti. Strateginis palaikymas sumažina medžiagų švaistymą ir{2}}pastovaus apdorojimo pastangas. Medžio atramos, naujesnė naujovė, naudoja šakojančias struktūras, kurios liečia modelį mažiau taškų, paliekant švaresnius paviršius ir naudojant mažiau medžiagos nei tradicinės linijinės atramos.
Spaudos paruošimas ir vykdymas
Prieš pradedant spausdinti, būtina tinkamai paruošti spausdintuvą. Lovos išlyginimas užtikrina, kad antgalis išlaiko pastovų atstumą nuo konstrukcijos paviršiaus visame spausdinimo plote. Net nedidelės išlyginimo problemos sukelia sukibimo, deformacijos ar visiško spausdinimo gedimo priežastis. Šiuolaikiniuose spausdintuvuose dažnai yra automatinis lovos išlyginimas, tačiau rankinis patikrinimas išlieka gera praktika.
Lovos sukibimo būdai skiriasi priklausomai nuo medžiagos. PLA paprastai gerai prilimpa prie tapytojo juostos, stiklo ar PEI lakštų. ABS reikalauja aukštesnės lovos temperatūros ir naudos iš tokių paviršių kaip Kapton juosta arba ABS suspensija. PETG agresyviai prilimpa prie daugumos paviršių-kartais per gerai-, todėl reikia naudoti atpalaiduojančius agentus, pvz., klijus, kad pašalinant nebūtų pažeistos konstrukcinės plokštės.
Aplinkos veiksniai daro didelę įtaką spausdinimo sėkmei. Svarbus temperatūros stabilumas; dėl skersvėjų atsiranda netolygus aušinimas, dėl kurio deformuojasi ir atsiskiria sluoksnis. ABS ypač reikalingos uždaros spausdinimo kameros, kuriose palaikoma 40-50 laipsnių aplinkos temperatūra. Drėgmė turi įtakos gijų kokybei – daugelis medžiagų yra higroskopinės, sugeria drėgmę iš oro, todėl spausdinant atsiranda burbuliukų, siūlų ir silpno sluoksnio sukibimo. Tinkamas gijų laikymas sandariuose induose su sausikliais išsaugo medžiagos kokybę.
Medžiagos 3D spausdinimui
Medžiagos pasirinkimas daro didelę įtaką tiek spausdinimo procesui, tiek galutinių dalių charakteristikoms. Kiekviena medžiagų šeima turi skirtingų privalumų ir iššūkių.
Termoplastikai
PLA (polilaktinė rūgštis)dominuoja vartotojų 3D spausdinime dėl jo naudojimo paprastumo ir augalinės kilmės{1}}. Spausdinama esant santykinai žemai temperatūrai (190{4}}220 laipsnių), minimaliai deformuojasi ir nereikia šildomos lovos-, nors tai padeda. PLA biologinis skaidumas patinka aplinką tausojantiems vartotojams, tačiau dėl tos pačios savybės jis netinkamas naudoti lauke ar aukštoje temperatūroje. Dalys pradeda minkštėti maždaug 60 laipsnių, ribodamos funkcines galimybes. Tačiau dėl puikaus PLA detalių atkūrimo ir plačios spalvų įvairovės jis puikiai tinka prototipams, dekoratyviniams daiktams ir mokomiesiems modeliams.
ABS (akrilonitrilo butadieno stirenas)pasižymi puikiomis mechaninėmis savybėmis ir atsparumu temperatūrai, palyginti su PLA. Tas pats plastikas, naudojamas LEGO kaladėlėse ir automobilių komponentuose, ABS atlaiko iki 100 laipsnių temperatūrą ir užtikrina gerą atsparumą smūgiams. Tačiau ABS reikalauja kruopštesnio spausdinimo-aukštos temperatūros (230-250 laipsnių), šildomų lovų (80–110 laipsnių) ir uždarų kamerų neleidžia deformuotis dėl diferencinio aušinimo. ABS spausdinimo metu taip pat išskiria stireno dūmus, todėl būtina gera ventiliacija. Acetono garų išlyginimas gali paversti grubius ABS spaudinius į blizgias, profesionaliai atrodančias dalis.
PETG (polietileno tereftalato glikolis)užpildo atotrūkį tarp PLA lengvumo ir ABS stiprumo. Ši maistui-saugi medžiaga (tas pats plastikas vandens buteliuose) spausdina beveik taip pat lengvai, kaip ir PLA, tuo pačiu užtikrina didesnį atsparumą temperatūrai, ilgaamžiškumą ir atsparumą cheminėms medžiagoms. Nedidelis PETG lankstumas apsaugo nuo trapių gedimų, todėl jis puikiai tinka funkcinėms dalims. Jo skaidrūs variantai leidžia naudoti optines programas. Pagrindinis trūkumas yra tai, kad agresyvios lovos sukibimo{5}} dalys gali sukibti taip stipriai, kad pažeidžia pastato paviršius, o spausdintų bruožų sujungimas reikalauja kruopštaus įtraukimo derinimo.
TPU ir TPE (termoplastinis poliuretanas / elastomeras)supažindinti su 3D spausdinimu lankstumu. Šios gumos{2}}kaip medžiagos leidžia naudoti tarpiklius, telefonų dėklus, lanksčius vyrius ir nešiojamus daiktus. Norint spausdinti lanksčias gijas, reikia ypatingų svarstymų,-tiesioginės pavaros ekstruderiai veikia geriau nei Bowden sąrankos, lėtas spausdinimo greitis neleidžia siūlams sulinkti, o minimalus įtraukimas apsaugo nuo strigimo. Shore kietumo reitingai rodo lankstumą; 85A atrodo kaip sportbačių padas, o 60A primena gumines juostas.
Inžinerinės ir specialios medžiagos
Nailonas (poliamidas)pasižymi išskirtiniu tvirtumu, lankstumu ir atsparumu dilimui. Profesionalios programos teikia pirmenybę nailonui funkcinėms dalims, pavaroms ir mechaniniams komponentams. Tačiau nailono higroskopiškumas yra ypatingas-gija greitai sugeria drėgmę, todėl ją reikia laikyti sausose dėžėse ir dažnai išdžiovinti prieš spausdinant. Aukšta spausdinimo temperatūra (240–260 laipsnių) ir stipri deformacijos tendencija reikalauja uždarų kamerų ir kruopštaus sluoksnio sukibimo strategijų.
Polikarbonatas (PC)atspindi didelio{0}}našumo vartotojų 3D spausdinimo pabaigą. Atsparus temperatūrai iki 150 laipsnių, puikus atsparumas smūgiams ir optinis skaidrumas, todėl kompiuteris tinka sudėtingoms programoms. Spausdinti reikalinga aukšta temperatūra (270{6}}310 laipsnių), metaliniai karštieji įrenginiai ir kruopščiai kontroliuojama aplinka. Dėl ypatingo kompiuterio sukibimo ir deformacijos jis yra sudėtingas, bet naudingas patyrusiems vartotojams.
Sudėtinės gijosmaišyti pagrindinius polimerus su priedais-anglies pluošto, medžio, metalo ar akmens dalelėmis. Anglies pluošto kompozitai užtikrina išskirtinį standumo ir stiprumo -svorio ir -svorio santykį kosmoso ir automobilių pramonėje, nors abrazyviniai pluoštai reikalauja grūdinto plieno purkštukų. Medienos-užpildytos gijos sukuria organišką estetiką, puikiai tinkančią meniniams projektams, o spalva kinta priklausomai nuo spausdinimo temperatūros, kad imituotų medienos grūdus. Metalo-užpildytos gijos prideda svorio ir suteikia metalo išvaizdą, nors tikram metaliniam 3D spausdinimui reikalingos specializuotos miltelių-sluoksnio arba metalo ekstruzijos sistemos, ne tik vartotojų įranga.
Įrašo{0}}apdorojimo metodai
Iš spausdintuvo atsirandanti dalis retai atspindi gatavą gaminį. Strateginis tolesnis apdorojimas{1}}pakelia spaudinius nuo akivaizdžių 3D{3}}spausdintų prototipų iki rafinuotų, profesionalių kūrinių.
Palaikykite pašalinimą ir valymą
Pirmasis po{0}}apdorojimo veiksmas apima paramos struktūrų pašalinimą ir visų eilučių ar dėmių išvalymą. Adatinės-replės, skalavimo pjaustytuvai ir hobio peiliai naudojami kaip pagrindiniai įrankiai. Atsargiai nuimkite atramas, kad nepažeistumėte tikrosios dalies, -atramos turėtų aiškiai atsiskirti sąsajos taškuose, jei pjaustytuvo nustatymai buvo teisingi. Atsparių atramų atveju spaudinius gali tekti mirkyti vandenyje (PVA atramos) arba limoneno{6}} pagrindu pagamintuose tirpikliuose.
Pašalinus atramą, paviršiaus netobulumai lieka{0}}pažymėti, kur pritvirtintos atramos, eilutės tarp funkcijų ir būdingos sluoksnių linijos, apibrėžiančios FDM spausdinimą. Tolesnio tolesnio apdorojimo{2} mastas priklauso nuo estetinių ir funkcinių reikalavimų.
Šlifavimas ir paviršiaus išlyginimas
Laipsniškas šlifavimas nuo stambesnių iki smulkesnių smėliukų pašalina sluoksnio linijas ir sukuria lygų paviršių. Pradėkite nuo 100{6}}200 grūdėtumo švitrinio popieriaus, kad pašalintumėte daug medžiagų, pereinant iki 400, 800, 1000 ir potencialiai 2000+ grūdėtumo stiklo-lygiam paviršiui. Šlapias šlifavimas didesniu grūdėtumu apsaugo nuo užsikimšimo ir duoda puikių rezultatų. Šis procesas reikalauja daug darbo, tačiau spaudinius pakeičia dramatiškai.
Cheminis išlyginimas siūlo greitesnes tam tikrų medžiagų alternatyvas. ABS puikiai reaguoja į išlyginančius acetono garus-sukabindamos dalis virš verdančio acetono sandarioje kameroje, išlydo išorinį sluoksnį ir savaime{2}}išlygina iki blizgaus paviršiaus. Ši technika reikalauja kruopštaus valdymo; per-ekspozicija išlydo smulkias detales, o esant mažam-ekspozicijai paliekamas nelygus paviršius. PLA galima išlyginti naudojant specializuotus produktus, tokius kaip „PolySmooth“ ir „Polymaker“ garų išlyginimo sistema, tačiau ne taip efektyviai nei ABS.
Alternatyvūs išlyginimo metodai apima užpildo gruntų-purškimą-uždėjimą ant gruntų, skirtų užpildyti sluoksnio linijas prieš dažymą. Keli ploni sluoksniai, kiekvienas nušlifuotas lygiai, sudaro paviršių, kuris visiškai uždengia spausdinimo kilmę. Epoksidinės dervos dangos užtikrina vandeniui atsparią, itin-lygią apdailą, tačiau prideda daug svorio.
Dažymas ir apdaila
Tinkamas paviršiaus paruošimas daro skirtumą tarp mėgėjiškai ir profesionaliai{0}}atrodančių dažytų spaudinių. Gruntas skirtas dviem tikslams-gerinti dažų sukibimą ir užtikrinti vienodą pagrindo spalvą. Automobilių gruntai puikiai tinka 3D spaudiniams, kuriuos galima įsigyti purškimo skardinėse arba aerozolių formulėse.
Akriliniai dažai tinka daugeliui naudojimo būdų-vandens-pagrindo, silpno-kvapo ir yra daugybe spalvų. Ploni keli sluoksniai duoda geresnių rezultatų nei vienkartinės storos aplikacijos, kurios uždengia detales ir patenka į plyšius. Sausas šepetys išryškina iškilusias detales, plovimas suteikia įduboms gylio, o tinkamas paryškinimas ir šešėliavimas sukuria vizualinį susidomėjimą.
Skaidrūs sluoksniai apsaugo dažytą paviršių ir pakoreguoja galutinę išvaizdą. Matiniai, satininiai ir blizgūs skaidrūs lakai sukuria skirtingą estetiką. Keli ploni sluoksniai neleidžia nubėgti ir užtikrina tolygų padengimą. Naudojant lauke arba naudojant didelį-dėvėjimąsi, automobilių-permatomos dangos užtikrina puikų patvarumą.
Pažangūs apdailos būdai
Metalinė apdaila pakelia spaudinius į kitą lygį. Metalo dengimo paslaugos gali padengti ABS spaudinius nikeliu, variu arba chromu, sukuriant tikrai metalinius paviršius, nesiskiriančius nuo liejamo metalo. „Pasidaryk pats“ parinktys apima metalinius purškiamus dažus ir poliruojančias metalines dangas, kurios praktiškai pasiekia įtikinamų rezultatų.
Dažant nailonines ar natūralios{0}}spalvos PETG dalis audinių dažais, gaunamos ryškios spalvos, kurios prasiskverbia į medžiagą, o ne nusėda ant paviršiaus. Taikant šią techniką gaunama spalvinga,-dėvėjimuisi atspari apdaila dažais neįmanoma.
Norint sujungti kelias spausdintas dalis į didesnius mazgus, reikia atitinkamų klijų. Cianoakrilatas (super klijai) greitai suriša daugumą plastikų, nors trapūs ryšiai gali nutrūkti veikiant stresui. Dviejų -dalinių epoksidinių medžiagų sukibimas yra stipresnis ir lankstesnis. Plastikinis suvirinimas lituokliu arba karštu oru išlydo pradinę medžiagą, kad būtų vientisos, tvirtos tos pačios medžiagos dalių jungtys.
Išvada
Norint įvaldyti 3D spausdinimą, reikia suprasti visą darbo eigą nuo sumanymo iki apdailos. Kiekvienas etapas suteikia optimizavimo ir kūrybiškumo galimybių. Dizaino pasirinkimas turi įtakos spausdinimui ir stiprumui. Medžiagos pasirinkimas lemia galimybes ir apribojimus. Pjaustymo parametrai subalansuoja kokybę, greitį ir patikimumą. Po{6}}apdorojimo neapdoroti spaudiniai paverčiami poliruotais gaminiais.
Tobulėjant technologijoms, 3D spausdinimas tuo pat metu tampa vis geresnis ir prieinamesnis. Daugia-medžiagų spausdintuvai, greitesnis spausdinimas, tvirtesnės medžiagos ir išmanesnė programinė įranga nuolat plečia galimybes. Tačiau pagrindiniai principai išlieka-atsargus dizainas, tinkamas medžiagų pasirinkimas, tinkami spausdinimo parametrai ir įgudusi apdaila atskiria išskirtinius rezultatus nuo vidutiniškų.
Nesvarbu, ar gaminamos funkcinės mechaninės dalys, meninės skulptūros, mokomieji modeliai ar greitieji prototipai, 3D spausdinimo sėkmę lydi visapusiškas procesas. Kiekvienas sprendimas persipina vėlesniais etapais. Gerai-suprojektuota dalis spausdinama lengvai ir reikalauja minimalaus tolesnio apdorojimo. Tinkamai parinkus medžiagą, užtikrinama, kad gatavas produktas veiktų taip, kaip numatyta. Kantrus, kvalifikuotas apdailos darbas pakelia bet kokį spaudinį į profesionalią kokybę.
Gamybos demokratizavimas naudojant 3D spausdinimą suteikia asmenims galimybę kurti fizinius objektus, kuriems anksčiau reikėjo pramoninių įrenginių. Supratus ir įsisavinus dizainą-to-spausdinti darbo eigą, medžiagų savybes ir post-apdorojimo būdus, šis potencialas išlaisvinamas, skaitmeninę vaizduotę paverčiant apčiuopiama tikrove.