Selv om 3D-printning producerer ret detaljerede modeller, der ser næsten identiske ud med CAD-billedet, er den dimensionelle nøjagtighed og tolerance ikke helt identisk. Dette kaldes krympning, som sker i 3D-print, og som du sandsynligvis ikke engang bemærker.

Jeg tænkte på, hvor meget krympning der sker i 3D-print, et ideelt spørgsmål for dem, der ønsker at skabe funktionelle genstande, der kræver snævre tolerancer, så jeg besluttede mig for at finde ud af det og dele det med jer.

I denne artikel vil vi beskrive, hvad krympning er, hvor meget dine 3D-print sandsynligvis vil krympe, og hvilke gode kompensationer for krympning du kan bruge.

Hvad er krympning i 3D-printning?

Krympning i 3D-printning er størrelsesreduktionen af den endelige model som følge af temperaturændringer fra den smeltede termoplast til de afkølede ekstruderede materialelag.

Under udskrivning smelter ekstruderen udskrivningsfilamentet for at skabe 3D-modellen, og materialet udvider sig under denne proces. Når lagene begynder at køle af lige efter at være blevet ekstruderet, får det materialet til at stige i densitet, men reduceres i størrelse.

De fleste mennesker vil ikke opdage, at dette sker, før de har en model, der kræver lidt mere dimensionel nøjagtighed.

Krympning er ikke et problem, når der udskrives æstetiske modeller som kunstværker, vaser og legetøj. Når vi begynder at gå over til objekter med snævre tolerancer som f.eks. et telefonetui eller et beslag, der forbinder objekter med hinanden, bliver krympning et problem, der skal løses.

Den opstår i næsten alle 3D-printprocesser på grund af de involverede temperaturvariationer, men hastigheden, hvormed den opstår, varierer afhængigt af nogle få faktorer.

Disse faktorer er det anvendte materiale, temperatur, printteknologi og hærdningstid for harpiksudskrifter.

Ud af alle disse faktorer er det anvendte materiale måske den vigtigste faktor, der påvirker svind, det anvendte materiale.

Den anvendte materialetype har indflydelse på, hvor meget modellen vil krympe.

Udskrivningstemperaturen og afkølingshastigheden er også vigtige faktorer. Der kan opstå krympning, hvis modellen udskrives ved en høj temperatur eller afkøles for hurtigt, hvilket betyder, at plast med højere temperaturer er mere tilbøjelig til at krympe.

Hurtig ujævn afkøling kan endda føre til skævhed, hvilket kan beskadige modellen eller helt ødelægge printet. De fleste af os har oplevet denne skævhed, uanset om det skyldes træk eller bare et meget koldt rum.

Noget, der har hjulpet på min warping, og som jeg for nylig har indført, er at bruge en HAWKUNG Heated Bed Insulation Mat under min Ender 3. Det hjælper ikke kun på warping, men det gør også opvarmningstiden hurtigere og holder en mere ensartet sengetemperatur.

Endelig er den anvendte printteknologi også afgørende for omfanget af svind i modellen. Billigere teknologier som FDM kan normalt ikke bruges til at fremstille dele af høj kvalitet med snævre tolerancer.

SLS- og metaljetteknologier retfærdiggør deres høje pris ved at producere nøjagtige modeller.

Heldigvis er der masser af måder at tage højde for svind på, så vi kan producere dimensionelt nøjagtige dele uden alt for meget besvær, men du skal kende de rigtige teknikker.

Hvor meget krymper ABS, PLA & PETG-udskrifter?

Som vi nævnte tidligere, afhænger krympningshastigheden i høj grad af det anvendte materiale. Den varierer fra materiale til materiale. Lad os se på tre af de mest udbredte 3D-printmaterialer, og hvordan de tåler krympning:

PLA

PLA er et organisk, biologisk nedbrydeligt materiale, der også anvendes i FDM-printere. Det er et af de mest populære materialer til 3D-printning, fordi det er let at printe med og ikke giftigt.

PLA har kun lidt krympning og har en krympningsgrad på mellem 0,2 % og 3 %, da det er en termoplast med lavere temperatur.

PLA-filamenter behøver ikke høje temperaturer for at blive ekstruderet, udskrivningstemperaturen er omkring 190 °C, hvilket er mindre end for ABS.

Krympning i PLA kan også reduceres ved at udskrive i et lukket miljø eller ved simpelthen at skalere modellen op for at kompensere for krympning.

Det virker, fordi det reducerer de hurtige temperaturændringer og mindsker den fysiske belastning af modellen.

Jeg tror, at disse krympningsrater afhænger af mærket og fremstillingsprocessen og endda farven på selve filamentet. Nogle mennesker har fundet ud af, at mørkere farver har tendens til at krympe mere end lysere farver.

ABS

ABS er et petroleumsbaseret printmateriale, der anvendes i FDM-printere. Det anvendes i vid udstrækning på grund af dets høje styrke, varmebestandighed og alsidighed. Det kan findes i alt fra telefonetuier til Lego.

ABS har en meget høj krympningsgrad, så hvis du har brug for dimensionelt nøjagtige 3D-print, ville jeg forsøge at undgå at bruge det. Jeg har set folk kommentere krympningsgrader på mellem 0,8 % og 8 %.

Jeg er sikker på, at der er tale om ekstreme tilfælde, og at du ville kunne reducere det med den rigtige opsætning, men det er et godt eksempel på, hvor slemt det kan blive med krympning.

En af de vigtigste måder at reducere krympning på er at printe ved de rigtige temperaturer i det opvarmede bed.

Brug af et korrekt kalibreret opvarmet bed hjælper med at få det første lag til at hæfte og forhindrer også, at det nederste lag afkøles for hurtigt i forhold til resten af printet for at undgå skævheder.

Et andet tip til at reducere krympning er at udskrive i et lukket rum. Dette isolerer 3D-printet fra luftstrømme udefra og sikrer, at det ikke afkøles ujævnt.

Det lukkede kammer holder printet ved en konstant temperatur tæt på plasttemperatur, indtil printet er færdigt, og alle sektioner kan køle af med samme hastighed.

Et fantastisk kabinet, som tusindvis af mennesker har brugt og nydt godt af, er Creality Fireproof & Dustproof Enclosure fra Amazon. Det holder et konstant temperaturmiljø og er meget let at installere & vedligeholde.

Derudover giver det større sikkerhed i forbindelse med brand, reducerer lydemissioner og beskytter mod støvophobning.

PETG

PETG er et andet meget anvendt 3D-printmateriale på grund af dets fænomenale egenskaber. Det kombinerer ABS's strukturelle styrke og sejhed med PLA's lette printbarhed og giftfrihed.

Det gør det velegnet til brug i mange applikationer, der kræver høj styrke og materialesikkerhed.

PETG-filamenter har med 0,8 % den laveste krympningshastighed. 3D-modeller fremstillet med PETG er relativt dimensionsstabile sammenlignet med andre. Det gør dem ideelle til fremstilling af funktionelle prints, der skal overholde ret strenge tolerancer.

For at kompensere for eller reducere krympning i PETG-print kan modellen skaleres op med en faktor på 0,8 % før printning.

Sådan får du den rigtige svindkompensation ved 3D-printning

Som vi har set ovenfor, kan svind reduceres på flere måder. Men uanset hvor meget man gør, kan svind ikke elimineres, og derfor er det god praksis at forsøge at tage højde for svind, når man forbereder modellen til udskrivning.

Den rigtige krympningskompensation hjælper med at tage højde for modellernes reduktion i størrelse. Nogle udskrivningsprogrammer har forudindstillinger, der automatisk gør dette for dig, men oftest skal det gøres manuelt.

Beregningen af den slags svindkompensation, der skal anvendes, afhænger af tre ting: det anvendte materiale, udskriftstemperaturen og modellens geometri.

Alle disse faktorer giver tilsammen en idé om, hvor meget trykket forventes at krympe, og hvordan du kan kompensere for det.

Det kan også være en iterativ proces at finde den rigtige krympning, også kendt som simpel trial and error. Krympningsgraden kan endda variere på tværs af forskellige mærker af samme type materiale.

Så en god måde at måle og kvantificere svind på er først at udskrive en testmodel og måle svindet. De data, du får, kan derefter bruges til at skabe en matematisk fornuftig kompensation for svind.

En god måde at måle krympning på er ved hjælp af dette objekt til beregning af krympning fra Thingiverse. En bruger beskrev det som "Et af de bedste generelle kalibreringsværktøjer, der findes". Mange andre brugere takker producenten af denne CAD-model.

Trinene er som følger:

• Udskriv testdelen med det filament, du har valgt, og de indstillinger for skæremaskine, du har til hensigt at bruge.
• Mål og indtast i regnearket (mit regneark er delt på //docs.google.com/spreadsheets/d/14Nqzy8B2T4-O4q95d4unt6nQt4gQbnZm_qMQ-7PzV_I/edit?usp=sharing).
• Opdatere indstillingerne for skiveskærer

Du skal bruge det Google-ark og lave en ny kopi, som du selv kan redigere fra ny. Du kan finde vejledningen på Thingiverse-siden for flere detaljer.

Hvis du vil have en virkelig præcis kompensation, kan du faktisk køre iterationen to gange, men producenten siger, at blot én iteration var nok til at få dem inden for en tolerance på 100um (0,01 mm) på en 150 mm del.

En bruger sagde, at han simpelthen skalerer sine modeller til 101 %, og det fungerer ret godt for ham. Det er en meget simpel måde at se tingene på, men det kan være en succes, hvis man vil opnå hurtige resultater.

Du kan også bruge en indstilling kaldet horisontal ekspansion, som justerer størrelsen af dine 3D-print i X/Y-dimensionen for at kompensere for ændringer i størrelsen, når modellen afkøles og krymper.

Hvis du selv skaber modellerne, kan du justere tolerancerne på selve modellen, og med mere øvelse vil du begynde at kunne gætte de korrekte tolerancer for dit specifikke design.