3D printeris 3D drukāšana: dizains-uz-drukas darbplūsma, materiāli un pēc-apstrāde
Aditīvās ražošanas revolūcija ir mainījusi veidu, kā mēs konceptualizējam, projektējam un ražojam fiziskus objektus. 3D drukāšanas tehnoloģija, kas reiz tika izmantota tikai rūpnieciskās prototipēšanas iekārtās, ir kļuvusi pieejama hobijiem, pedagogiem, uzņēmējiem un profesionāļiem dažādās jomās. Izpratne par visu darbplūsmu-no sākotnējās dizaina koncepcijas līdz materiālu izvēlei līdz pēc-apstrādes metodēm-ir būtiska ikvienam, kas vēlas pilnībā izmantot šīs pārveidojošās tehnoloģijas potenciālu.
Dizaina-uz-drukāšanai darbplūsma
Ceļš no digitālās koncepcijas līdz fiziskam objektam notiek pēc sistemātiskas darbplūsmas, kas prasa rūpīgu uzmanību katrā posmā. 3D drukāšanas panākumi ir atkarīgi ne tikai no jūsu printera kvalitātes, bet arī no tā, cik labi jūs sagatavojat un pārvaldāt savus dizaina failus.
Konceptualizācija un CAD dizains
Katrs 3D drukātais objekts sākas kā digitāls modelis. Datorizētās projektēšanas (CAD) programmatūra ir galvenais rīks šo modeļu izveidei. Populāras iespējas ir Fusion 360, SolidWorks, Tinkercad iesācējiem un Blender organiskajai modelēšanai. Programmatūras izvēle ir atkarīga no jūsu īpašajām vajadzībām-mehāniskām daļām ir nepieciešami parametriski CAD rīki, savukārt mākslinieciskām skulptūrām ir noderīgas{7}}skulptūras mērķtiecīgas lietojumprogrammas.
Izstrādājot 3D drukāšanu, jūsu darbā ir jāvadās pēc noteiktiem principiem. Sienas biezumam ir liela nozīme; pārāk plāns, un izdruka var neizdoties vai iegūt trauslus rezultātus, pārāk bieza, un jūs tērējat materiālu un laiku. Lielākajai daļai FDM printeru konstrukcijas integritātei nepieciešams minimālais sieniņu biezums 1-2 mm. Pārkares ir vēl viens izaicinājums-leņķiem, kas pārsniedz 45 grādus, parasti ir nepieciešamas atbalsta struktūras, kas padara to sarežģītāku un pēcapstrādes darbu.
Dizaina apsvērumi ietver arī piedevu ražošanas slāņa-uzskaiti pēc-slāņa rakstura. Atšķirībā no tradicionālajām atņemšanas metodēm, 3D drukāšana veido objektus no apakšas uz augšu, kas nozīmē, ka modeļa orientācija drukāšanas laikā ietekmē izturību, virsmas kvalitāti un iespējamību. Daļas, kas nospriegotas gar slāņa līnijām, ir vājākas nekā tās, kas ir saspriegtas perpendikulāri slāņiem, padarot orientāciju par kritisku strukturālu lēmumu.
Failu sagatavošana un sagriešana
Kad jūsu CAD modelis ir pabeigts, tas ir jāeksportē kā STL (standarta trīsstūra valoda) vai OBJ fails. Šie formāti attēlo jūsu 3D ģeometriju kā trīsstūru sietu, ko griešanas programmatūra var interpretēt. Pirms sagriešanas pārbaudiet, vai failā nav kļūdu-kas nav-kolektora malas, apgrieztas normas, un caurumi tīklā var izraisīt drukāšanas kļūmes.
Sagriešanas programmatūra kalpo kā tilts starp jūsu 3D modeli un printeri. Programmas, piemēram, Cura, PrusaSlicer un Simplify3D, pārvērš jūsu cieto modeli vairākos rīkjoslos-īpašos norādījumos, kas norāda printerim, kur novietot materiālu, cik ātri pārvietot un kādā temperatūrā darboties. Šajā G-koda failā ir tūkstošiem atsevišķu komandu, kas tiek izpildītas secīgi drukāšanas laikā.
Sagriešanas posms piedāvā plašu pielāgošanu. Slāņa augstums nosaka izšķirtspēju -mazāki slāņi (0,1-0,2 mm) rada gludākas virsmas, bet eksponenciāli palielina drukas laiku, savukārt lielāki slāņi (0,3 mm+) drukā ātrāk ar redzamāku soli. Uzpildes modeļi un blīvums ietekmē izturību un materiāla izmantošanu; 20% žiroīda pildījums nodrošina lielisku stiprības{8}}svara attiecību lielākajai daļai lietojumu. Drukas ātrums, temperatūra, ievilkšanas iestatījumi un dzesēšanas parametri ir jāpielāgo, pamatojoties uz jūsu konkrētajām materiāla un modeļa prasībām.
Sagriešanas laikā atbalsta konstrukcijas ir pelnījušas īpašu uzmanību. Šīs pagaidu sastatnes drukāšanas laikā notur pārkares elementus, taču pēc tam tās ir jānoņem. Stratēģiskā atbalsta izvietošana samazina materiālu izšķērdēšanu un pēc-apstrādes piepūli. Koku balsti, jaunāka inovācija, izmanto sazarotas struktūras, kas pieskaras modelim mazākos punktos, atstājot tīrākas virsmas un izmantojot mazāk materiālu nekā tradicionālie lineārie balsti.
Drukas sagatavošana un izpilde
Pirms drukas sākšanas ir svarīgi pareizi sagatavot printeri. Gultas izlīdzināšana nodrošina, ka sprausla saglabā nemainīgu attālumu no konstrukcijas virsmas visā drukas laukumā. Pat nelielas izlīdzināšanas problēmas izraisa adhēzijas problēmas, deformāciju vai pilnīgu drukas kļūmi. Mūsdienu printeros bieži ir iekļauta automātiskā gultņu izlīdzināšana, taču manuāla pārbaude joprojām ir laba prakse.
Gultas adhēzijas metodes atšķiras atkarībā no materiāla. PLA parasti labi pielīp pie gleznotāja lentes, stikla vai PEI loksnēm. ABS nepieciešama augstāka gultas temperatūra, un tas gūst labumu no tādām virsmām kā Kapton lente vai ABS putra. PETG agresīvi pielīp pie lielākās daļas virsmu-dažreiz pārāk labi-, tādēļ ir nepieciešami atdalīšanas līdzekļi, piemēram, līme, lai novērstu plākšņu bojājumus noņemšanas laikā.
Vides faktori būtiski ietekmē drukas panākumus. Temperatūras stabilitāte ir svarīga; caurvēji izraisa nevienmērīgu dzesēšanu, kas izraisa deformāciju un slāņu atdalīšanu. ABS īpaši nepieciešamas slēgtas drukas kameras, kas uztur 40-50 grādu apkārtējās vides temperatūru. Mitrums ietekmē kvēldiegu kvalitāti — daudzi materiāli ir higroskopiski, absorbējot mitrumu no gaisa, kas drukāšanas laikā izraisa burbuļošanu, savilkšanos un vāju slāņa saķeri. Pareiza kvēldiega uzglabāšana noslēgtos traukos ar desikantiem saglabā materiāla kvalitāti.
Materiāli 3D drukāšanai
Materiālu izvēle būtiski ietekmē gan drukāšanas procesu, gan gala detaļu īpašības. Katra materiālu saime piedāvā atšķirīgas priekšrocības un izaicinājumus.
Termoplasti
PLA (polilakskābe)dominē patērētāju 3D drukāšanā, pateicoties tās lietošanas vienkāršībai un{1}}augiem. Tas drukā salīdzinoši zemā temperatūrā (190-220 grādi), rada minimālu deformāciju, un tai nav nepieciešama apsildāma gulta,-lai gan tas palīdz. PLA bioloģiskās noārdīšanās spēja patīk videi draudzīgiem lietotājiem, taču šī pati īpašība padara to nepiemērotu lietošanai ārpus telpām vai augstas temperatūras vidē. Daļas sāk mīkstināt ap 60 grādiem, ierobežojot funkcionālo pielietojumu. Tomēr PLA lieliskā detaļu atveidošana un plašā krāsu dažādība padara to par ideālu prototipiem, dekoratīviem priekšmetiem un izglītojošiem modeļiem.
ABS (akrilnitrila butadiēna stirols)piedāvā izcilas mehāniskās īpašības un temperatūras izturību salīdzinājumā ar PLA. Tā pati plastmasa, ko izmanto LEGO klucīšos un automobiļu detaļās, ABS iztur temperatūru līdz 100 grādiem un nodrošina labu triecienizturību. Tomēr ABS prasa rūpīgāku drukāšanu-augstā temperatūrā (230-250 grādi), apsildāmās gultas (80–110 grādi) un slēgtās kameras novērš deformāciju, ko izraisa diferenciālā dzesēšana. ABS drukāšanas laikā izdala arī stirola tvaikus, tādēļ ir nepieciešama laba ventilācija. Acetona tvaiku izlīdzināšana var pārveidot neapstrādātas ABS izdrukas par spīdīgām, profesionāla izskata daļām.
PETG (polietilēntereftalāta glikols)izlīdzina plaisu starp PLA vieglumu un ABS spēku. Šis-pārtikai drošais materiāls (tā pati plastmasa ūdens pudelēs) drukā gandrīz tikpat viegli kā PLA, vienlaikus piedāvājot labāku temperatūras noturību, izturību un ķīmisko izturību. Nelielā PETG elastība novērš trauslumu, padarot to par lielisku funkcionālām daļām. Tās caurspīdīgie varianti nodrošina optiskus lietojumus. Galvenais trūkums ir agresīvā gultnes adhēzijas{5}}detaļas, kas var sasaistīties tik spēcīgi, ka tās sabojā konstrukcijas virsmas, un drukāto elementu virknei ir nepieciešama rūpīga ievilkšanas regulēšana.
TPU un TPE (termoplastiskais poliuretāns/elastomērs)ieviest elastību 3D drukāšanā. Šie gumijai{2}}līdzīgie materiāli nodrošina blīves, tālruņu maciņus, elastīgas eņģes un valkājamas ierīces. Lai drukātu elastīgus pavedienus, ir jāievēro īpaši apsvērumi-tiešās piedziņas ekstrūderi darbojas labāk nekā Boudena iestatījumi, lēns drukāšanas ātrums novērš pavedienu izliekšanos, un minimāla ievilkšana novērš iesprūšanu. Šora cietības rādītāji norāda uz elastību; 85A jūtas kā čības zole, savukārt 60A atgādina gumijas lentes.
Inženiertehniskie un speciālie materiāli
Neilons (poliamīds)piedāvā izcilu izturību, elastību un nodilumizturību. Profesionālie lietojumi dod priekšroku neilonam funkcionālām daļām, zobratiem un mehāniskām sastāvdaļām. Tomēr neilona higroskopiskais raksturs ir ārkārtējs-pavediens ātri uzsūc mitrumu, tāpēc pirms drukāšanas tas ir jāuzglabā sausās kastēs un bieži jāizžāvē. Augsta drukāšanas temperatūra (240–260 grādi) un spēcīga deformācijas tendence prasa slēgtas kameras un rūpīgas pamatnes adhēzijas stratēģijas.
Polikarbonāts (PC)atspoguļo patērētāju 3D drukāšanas{0}}augstas veiktspējas galu. Ar temperatūras izturību līdz 150 grādiem, izcilu triecienizturību un optisko skaidrību, dators ir piemērots prasīgiem lietojumiem. Drukāšanai nepieciešama augsta temperatūra (270{6}}310 grādi), pilnībā metāla karstie rīki un rūpīgi kontrolēta vide. Datora ārkārtējā saķere un deformācija padara to par izaicinājumu, bet izdevīgu pieredzējušiem lietotājiem.
Saliktie pavedienisajauciet bāzes polimērus ar piedevām-oglekļa šķiedras, koka, metāla vai akmens daļiņas. Oglekļa šķiedru kompozītmateriāli nodrošina izcilu stingrību un izturības -pret-svara attiecību kosmosa un automobiļu vajadzībām, lai gan abrazīvās šķiedras izmanto rūdīta tērauda sprauslas. Koka -pildītie pavedieni rada organisku estētiku, kas ir ideāli piemērota mākslinieciskiem projektiem, un krāsa mainās atkarībā no drukas temperatūras, lai imitētu koksnes graudu. Ar metālu -pildīti pavedieni palielina svaru un metālisku izskatu, lai gan īstai metāla 3D drukāšanai ir nepieciešamas specializētas pulvera-slāņa vai metāla ekstrūzijas sistēmas, kas nav paredzētas plaša patēriņa aprīkojumam.
Ziņu{0}}apstrādes metodes
Daļa, kas izplūst no printera, reti attēlo gatavo produktu. Stratēģiskā pēc-apstrāde paaugstina izdrukas no acīmredzamiem 3D-drukātiem prototipiem līdz izsmalcinātiem, profesionāliem izstrādājumiem.
Atbalsts noņemšanai un tīrīšanai
Pirmajā pēc{0}}apstrādes darbībā ir jānoņem atbalsta struktūras un jānotīra visas virknes vai traipi. Adatu-knaibles, skalošanas griezēji un hobija naži kalpo kā galvenie darbarīki. Uzmanīgi noņemiet balstus, lai nesabojātu faktisko daļu, -atbalstiem saskarnes punktos vajadzētu tīri atdalīties, ja šķēlēja iestatījumi bija pareizi. Noturīgiem balstiem var būt nepieciešams mērcēt izdrukas ūdenī (PVA balstiem) vai šķīdinātājos uz limonēna{6} bāzes.
Pēc atbalsta noņemšanas virsmas nepilnības paliek{0}}liecinieku pēdas vietās, kur piestiprināti balsti, virknes starp elementiem un raksturīgās slāņu līnijas, kas nosaka FDM drukāšanu. Turpmākās pēcapstrādes- apjoms ir atkarīgs no jūsu estētiskajām un funkcionālajām prasībām.
Slīpēšana un virsmas izlīdzināšana
Pakāpeniska slīpēšana caur rupjākiem uz smalkākiem graudiem noņem slāņa līnijas un veido gludas virsmas. Sāciet ar smilšpapīru ar 100-200 smilšpapīru ievērojamai materiāla noņemšanai, pārejot uz 400, 800, 1000 un, iespējams, 2000+ smilšpapīru stikla gludai apdarei-. Slapjā slīpēšana ar lielākiem graudiem novērš aizsērēšanu un nodrošina izcilus rezultātus. Šis process ir darbietilpīgs, bet dramatiski pārveido izdrukas.
Ķīmiskā izlīdzināšana piedāvā ātrākas alternatīvas noteiktiem materiāliem. ABS lieliski reaģē uz acetona tvaiku izlīdzināšanu,{1}}saturot daļas virs verdoša acetona slēgtā kamerā, izkausē ārējo slāni, paši{2}}izlīdzinot spīdīgu apdari. Šis paņēmiens prasa rūpīgu kontroli; pārmērīga-ekspozīcija izkausē smalkas detaļas, savukārt nepietiekama PLA var izlīdzināt ar specializētiem produktiem, piemēram, PolySmooth un Polymaker's tvaika izlīdzināšanas sistēmu, lai gan mazāk efektīvi nekā ABS.
Alternatīvas izlīdzināšanas metodes ietver pildvielu gruntskrāsu -izsmidzināšanu-uzklāšanu uz gruntskrāsām, kas paredzētas slāņa līniju aizpildīšanai pirms krāsošanas. Vairāki plāni slāņi, katrs noslīpēts gludi, veido virsmu, kas pilnībā aizsedz apdrukāto izcelsmi. Epoksīda sveķu pārklājumi nodrošina ūdensnecaurlaidīgu, īpaši-gludu apdari, taču piešķir ievērojamu svaru.
Krāsošana un apdare
Pareiza virsmas sagatavošana atšķir amatieru un profesionālu{0}}apgleznotu izdruku izskatu. Primer kalpo diviem mērķiem,{2}}uzlabojot krāsas saķeri un nodrošinot vienmērīgu pamatkrāsu. Automobiļu gruntskrāsas lieliski darbojas 3D izdrukās, un tās ir pieejamas aerosola baloniņās vai aerosola preparātos.
Akrila krāsas ir piemērotas lielākajai daļai lietojumu, uz -ūdens- bāzes, ar vāju- smaržu un pieejamas neskaitāmās krāsās. Plānas vairākas kārtas nodrošina labākus rezultātus nekā viena bieza uzklāšana, kas aizsedz detaļas un iekļūst plaisās. Sausā birstīšana izceļ izvirzītās detaļas, mazgāšana piešķir dziļumu padziļinājumiem, un pareiza izcelšana un ēnojums rada vizuālu interesi.
Caurspīdīgi pārklājumi aizsargā krāsoto apdari un koriģē galīgo izskatu. Matēti, satīna un spīdīgi caurspīdīgi pārklāji rada atšķirīgu estētiku. Vairākas plānas kārtas novērš skriešanu un nodrošina vienmērīgu pārklājumu. Āra vai liela-nodiluma izmantošanai automobiļu-kategorijas caurspīdīgie pārklāji nodrošina izcilu izturību.
Uzlabotas apdares metodes
Metāla apdare paceļ izdrukas citā līmenī. Metāla pārklājuma pakalpojumi var galvanizēt ABS izdrukas ar niķeli, varu vai hromu, radot patiesi metāliskas virsmas, kas neatšķiras no lietā metāla. DIY iespējas ietver metāliskas aerosola krāsas un pulējamus metāliskus pārklājumus, kas praksē sasniedz pārliecinošus rezultātus.
Krāsojot neilona vai dabīgas-krāsas PETG daļas ar auduma krāsām, tiek iegūtas spilgtas krāsas, kas iekļūst materiālā, nevis paliek uz virsmas. Šis paņēmiens nodrošina krāsu noturīgu,-nodilumizturīgu apdari, kas ar krāsu nav iespējama.
Vairāku drukātu detaļu savienošanai lielākos mezglos ir nepieciešamas atbilstošas līmes. Ciānakrilāts (superlīme) ātri saista lielāko daļu plastmasas, lai gan trauslās saites stresa apstākļos var sabojāties. Divu-daļīgo epoksīda slāņi nodrošina spēcīgākas un elastīgākas saites. Plastmasas metināšana, izmantojot lodāmuru vai karsto gaisu, izkausē pamatmateriālu kopā, veidojot bezšuvju, stipru savienojumu starp viena un tā paša materiāla daļām.
Secinājums
Lai apgūtu 3D drukāšanu, ir jāsaprot visa darbplūsma no koncepcijas līdz pabeigšanai. Katrs posms piedāvā optimizācijas un radošuma iespējas. Dizaina izvēle ietekmē drukājamību un izturību. Materiālu izvēle nosaka iespējas un ierobežojumus. Sagriešanas parametri līdzsvaro kvalitāti, ātrumu un uzticamību. Pēc-apstrāde neapstrādātas izdrukas pārvērš pulētos izstrādājumos.
Tehnoloģijām attīstoties, 3D drukāšana kļūst vienlaikus efektīvāka un pieejamāka. Vairāku materiālu printeri, ātrāks drukāšanas ātrums, izturīgāki materiāli un viedāka programmatūra nepārtraukti paplašina iespējas. Tomēr pamatprincipi paliek nemainīgi-rūpīgs dizains, piemērota materiālu izvēle, pareizi drukas parametri un prasmīga apdare atšķir izcilus rezultātus no viduvējiem.
Neatkarīgi no tā, vai tiek ražotas funkcionālas mehāniskas daļas, mākslinieciskas skulptūras, izglītojoši modeļi vai ātrie prototipi, panākumus 3D drukāšanā nodrošina, uzskatot to par holistisku procesu. Katrs lēmums viļņojas cauri nākamajiem posmiem. Labi-izstrādātu daļu var viegli izdrukāt, un tai ir nepieciešama minimāla pēcapstrāde. Pareiza materiāla izvēle lietojumam nodrošina, ka gatavais produkts darbojas kā paredzēts. Pacietīgs, prasmīgs apdares darbs paaugstina jebkuru izdruku līdz profesionālai kvalitātei.
Ražošanas demokratizācija, izmantojot 3D drukāšanu, dod cilvēkiem iespēju radīt fiziskus objektus, kuriem iepriekš bija vajadzīgas rūpnieciskas iekārtas. Izprotot un apgūstot dizainu,-lai-drukātu darbplūsmu, materiālu īpašības un pēc-apstrādes metodes, tiek izmantots šis potenciāls, pārvēršot digitālo iztēli taustāmā realitātē.