Přestože 3D tisk vytváří poměrně detailní modely, které vypadají téměř identicky jako obrázek v systému CAD, rozměrová přesnost a tolerance nejsou dokonale identické. Jedná se o tzv. smršťování, ke kterému u 3D tisku dochází tak, že si toho pravděpodobně ani nevšimnete.

Přemýšlel jsem o tom, jak moc se smršťují 3D výtisky, což je ideální otázka pro ty, kteří chtějí vytvářet funkční předměty vyžadující přísné tolerance, a tak jsem se rozhodl to zjistit a podělit se o to s vámi.

V tomto článku se dozvíte, co je to smrštění, o kolik se vaše 3D výtisky pravděpodobně smrští a jakou kompenzaci smrštění můžete použít.

Co je smršťování při 3D tisku?

Smršťování při 3D tisku je zmenšení velikosti finálního modelu v důsledku teplotních změn z roztaveného termoplastu na ochlazené vytlačované vrstvy materiálu.

Během tisku extrudér taví tiskové vlákno, aby vytvořil 3D model, a materiál se během tohoto procesu rozpíná. Poté, co se vrstvy začnou ihned po vytlačení ochlazovat, dochází ke zvýšení hustoty materiálu, ale zároveň ke zmenšení jeho velikosti.

Většina lidí si to uvědomí, až když mají model, který vyžaduje trochu větší rozměrovou přesnost.

Smršťování není problémem při tisku estetických modelů, jako jsou umělecká díla, vázy a hračky. Když začneme přecházet na předměty, které mají přísné tolerance, jako je pouzdro na telefon nebo držák spojující předměty dohromady, smršťování se stane problémem, který je třeba vyřešit.

Dochází k němu téměř při každém procesu 3D tisku, a to kvůli kolísání teploty. Rychlost, s jakou k němu dochází, se však liší v závislosti na několika faktorech.

Těmito faktory jsou použitý materiál, teplota, technologie tisku a doba vytvrzování výtisků z pryskyřice.

Ze všech těchto faktorů je asi nejdůležitějším faktorem ovlivňujícím smrštění použitý materiál.

Typ použitého materiálu má vliv na to, jak moc se model smrští.

Důležitým faktorem je také teplota tisku a rychlost chlazení. Ke smrštění může dojít, pokud je model vytištěn při vysoké teplotě nebo je ochlazován příliš rychle, což znamená, že plasty s vyšší teplotou mají větší pravděpodobnost smrštění.

Rychlé nerovnoměrné ochlazení může vést i k deformaci, která může model poškodit nebo tisk úplně zničit. Většina z nás se s touto deformací setkala, ať už v důsledku průvanu nebo jen v opravdu chladné místnosti.

Něco, co mi pomohlo s deformacemi a co jsem nedávno zavedl, je použití vyhřívané izolační podložky HAWKUNG pod mým Enderem 3. Nejenže to pomáhá s deformacemi, ale také to urychluje dobu ohřevu a udržuje konzistentnější teplotu lůžka.

Typ použité technologie tisku také určuje míru smrštění modelu. Levnější technologie, jako je FDM, obvykle nelze použít k výrobě vysoce kvalitních dílů s přísnými tolerancemi.

Technologie SLS a tryskání kovů ospravedlňují svou vysokou cenu výrobou přesných modelů.

Naštěstí existuje mnoho způsobů, jak zohlednit smrštění, což nám umožňuje vyrábět rozměrově přesné díly bez větších potíží, je však třeba znát správné postupy.

Jak moc se smršťují výtisky ABS, PLA a PETG?

Jak jsme se již zmínili, míra smrštění do značné míry závisí na druhu použitého materiálu. Liší se materiál od materiálu. Podívejme se na tři nejpoužívanější materiály pro 3D tisk a na to, jak se snášejí se smršťováním:

PLA

PLA je organický, biologicky odbouratelný materiál používaný také v tiskárnách FDM. Je to jeden z nejoblíbenějších materiálů používaných při 3D tisku, protože se s ním snadno tiskne a navíc není toxický.

PLA trpí malým smršťováním, míra smrštění se pohybuje mezi 0,2 % až 3 %, protože se jedná o termoplast s nižší teplotou.

PLA vlákna nepotřebují k vytlačování vysoké teploty, teplota tisku se pohybuje kolem 190 ℃, což je méně než u ABS.

Smrštění PLA lze také snížit tiskem v uzavřeném prostředí nebo jednoduše zvětšením modelu, aby se smrštění kompenzovalo.

To funguje, protože se tím snižují rychlé změny teploty a snižuje se fyzická zátěž modelu.

Myslím, že míra smrštění závisí na značce a výrobním procesu, a dokonce i na barvě samotného vlákna. Někteří lidé zjistili, že tmavší barvy mají tendenci se smršťovat více než světlejší barvy.

ABS

ABS je tiskový materiál na bázi ropy, který se používá v tiskárnách FDM. Používá se ve velké míře díky své vysoké pevnosti, tepelné odolnosti a všestrannosti. Najdete ho ve všem od pouzder na telefony až po stavebnici Lego.

ABS má opravdu vysokou míru smrštění, takže pokud potřebujete rozměrově přesné 3D výtisky, snažil bych se mu vyhnout. Viděl jsem, že se lidé vyjadřují o míře smrštění od 0,8 % do 8 %.

Jsem si jistý, že se jedná o extrémní případy a že byste to při správném nastavení dokázali snížit, ale je to dobrá ukázka, která ilustruje, jak špatné smršťování může opravdu nastat.

Jedním z hlavních způsobů, jak snížit smrštění, je tisknout při správné teplotě vyhřívaného lůžka.

Použití správně kalibrovaného vyhřívaného lůžka pomáhá s přilnavostí první vrstvy a také pomáhá zabránit tomu, aby spodní vrstva chladla příliš rychleji než zbytek tisku a nedocházelo tak k deformaci.

Dalším tipem, jak snížit smršťování, je tisknout v uzavřené komoře. Tím se 3D tisk izoluje od vnějších vzdušných proudů a zajistí se, že nebude nerovnoměrně chladnout.

Uzavřená komora udržuje až do dokončení tisku stálou teplotu blízkou teplotě plastu a všechny části mohou chladnout stejnou rychlostí.

Skvělým krytem, který používají a využívají tisíce lidí, je ohnivzdorný a prachotěsný kryt Creality od společnosti Amazon. Udržuje stálou teplotu prostředí a velmi snadno se instaluje a udržuje.

Kromě toho poskytuje větší bezpečnost při požárech, snižuje emise hluku a chrání před usazováním prachu.

PETG

PETG je dalším hojně využívaným materiálem pro 3D tisk díky svým fenomenálním vlastnostem. Kombinuje strukturální pevnost a houževnatost ABS se snadným tiskem a netoxičností PLA.

Díky tomu je vhodný pro použití v mnoha aplikacích vyžadujících vysokou pevnost a bezpečnost materiálu.

Filamenty PETG mají nejnižší míru smrštění, a to 0,8 %. 3D modely vyrobené z PETG jsou ve srovnání s ostatními relativně rozměrově stabilní. To je předurčuje k výrobě funkčních výtisků, které musí splňovat poněkud přísné tolerance.

Pro kompenzaci nebo snížení smrštění při tisku PETG lze model před tiskem zvětšit o 0,8 %.

Jak získat správnou kompenzaci smrštění při 3D tisku

Jak jsme viděli výše, smrštění lze omezit několika způsoby. Faktem však zůstává, že bez ohledu na to, kolik se toho udělá, smrštění nelze eliminovat. Proto je dobrým zvykem pokusit se při přípravě modelu k tisku se smrštěním počítat.

Správné nastavení kompenzace smrštění pomáhá zohlednit zmenšení velikosti modelů. Některé tiskové softwary obsahují předvolby, které toto nastavení provedou automaticky, ale většinou je nutné jej provést ručně.

Výpočet druhu kompenzace smrštění, kterou je třeba použít, závisí na třech věcech: na použitém materiálu, teplotě tisku a geometrii modelu.

Kombinace všech těchto faktorů vám poskytne představu o tom, jak moc se tisk může smrštit a jak to kompenzovat.

Dosažení správného smrštění může být také opakovaným procesem, jinak známým jako prostý pokus a omyl. Míra smrštění se může u různých značek stejného typu materiálu dokonce lišit.

Skvělým způsobem, jak změřit a kvantifikovat smrštění, je tedy nejprve vytisknout zkušební model a změřit smrštění. Získané údaje lze poté použít k vytvoření matematicky podložené kompenzace míry smrštění.

Skvělým způsobem, jak změřit smrštění, je použití tohoto objektu pro výpočet smrštění z Thingiverse. Jeden uživatel jej popsal jako "Jeden z nejlepších obecných kalibračních nástrojů". Mnoho dalších uživatelů sdílí své díky s tvůrcem tohoto modelu CAD.

Postup je následující:

• Vytiskněte zkušební díl pomocí vybraného filamentu a nastavení řezáku, které hodláte použít.
• Změřte a zadejte do tabulky (moje je sdílena na adrese //docs.google.com/spreadsheets/d/14Nqzy8B2T4-O4q95d4unt6nQt4gQbnZm_qMQ-7PzV_I/edit?usp=sharing).
• Aktualizace nastavení kráječe

Chcete použít tento list Google a vytvořit novou kopii, kterou můžete sami zčerstva upravit. Podrobnější pokyny najdete na stránce Thingiverse.

Pokud chcete opravdu přesnou kompenzaci, můžete iteraci provést dvakrát, ale výrobce tvrdí, že k dosažení tolerance 100um (0,01 mm) na 150mm dílu stačila pouze jedna iterace.

Jeden uživatel uvedl, že své modely jednoduše škáluje na 101 % a funguje mu to docela dobře. Je to opravdu jednoduchý způsob, ale pro rychlé výsledky může být úspěšný.

Můžete také využít nastavení nazvané horizontální expanze, které upravuje velikost 3D výtisků v rozměru X/Y a kompenzuje tak změny velikosti při ochlazování a zmenšování modelu.

Pokud si modely vytváříte sami, můžete tolerance upravit na samotném modelu a s větší praxí začnete být schopni odhadnout správné tolerance pro váš konkrétní návrh.