Παρόλο που η τρισδιάστατη εκτύπωση παράγει αρκετά λεπτομερή μοντέλα που μοιάζουν σχεδόν πανομοιότυπα με την εικόνα CAD, η ακρίβεια των διαστάσεων και η ανοχή δεν είναι απόλυτα πανομοιότυπες. Αυτό είναι κάτι που ονομάζεται συρρίκνωση, η οποία συμβαίνει στις τρισδιάστατες εκτυπώσεις που πιθανώς δεν παρατηρείτε καν.

Σκέφτηκα πόσο συρρίκνωση συμβαίνει στις τρισδιάστατες εκτυπώσεις, μια ιδανική ερώτηση για όσους θέλουν να δημιουργήσουν λειτουργικά αντικείμενα που απαιτούν στενές ανοχές, οπότε αποφάσισα να το μάθω και να το μοιραστώ μαζί σας.

Σε αυτό το άρθρο, θα καλύψουμε τι είναι η συρρίκνωση, πόσο είναι πιθανό να συρρικνωθούν οι τρισδιάστατες εκτυπώσεις σας και μερικές καλές αντισταθμίσεις συρρίκνωσης που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε.

Τι είναι η συρρίκνωση στην τρισδιάστατη εκτύπωση;

Η συρρίκνωση στην τρισδιάστατη εκτύπωση είναι η μείωση του μεγέθους του τελικού μοντέλου λόγω των αλλαγών της θερμοκρασίας από το λιωμένο θερμοπλαστικό, στα ψυχόμενα στρώματα του εξηλασμένου υλικού.

Κατά τη διάρκεια της εκτύπωσης, ο εξωθητής λιώνει το νήμα εκτύπωσης για τη δημιουργία του τρισδιάστατου μοντέλου και το υλικό διαστέλλεται κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας. Αφού τα στρώματα αρχίσουν να ψύχονται αμέσως μετά την εξώθηση, προκαλεί την αύξηση της πυκνότητας του υλικού, αλλά και τη μείωση του μεγέθους του.

Οι περισσότεροι άνθρωποι δεν θα συνειδητοποιήσουν ότι αυτό συμβαίνει μέχρι να έχουν ένα μοντέλο που απαιτεί λίγο μεγαλύτερη ακρίβεια διαστάσεων.

Η συρρίκνωση δεν αποτελεί πρόβλημα κατά την εκτύπωση αισθητικών μοντέλων, όπως έργα τέχνης, βάζα και παιχνίδια. Όταν αρχίζουμε να προχωράμε σε αντικείμενα που έχουν στενές ανοχές, όπως μια θήκη τηλεφώνου ή ένα στήριγμα που συνδέει αντικείμενα μεταξύ τους, η συρρίκνωση θα αποτελέσει πρόβλημα προς επίλυση.

Εμφανίζεται σχεδόν σε κάθε διαδικασία τρισδιάστατης εκτύπωσης λόγω των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας. Όμως, ο ρυθμός με τον οποίο εμφανίζεται ποικίλλει ανάλογα με μερικούς παράγοντες.

Αυτοί οι παράγοντες είναι το υλικό που χρησιμοποιείται, η θερμοκρασία, η τεχνολογία εκτύπωσης και ο χρόνος σκλήρυνσης για τις εκτυπώσεις ρητίνης.

Από όλους αυτούς τους παράγοντες, ίσως ο σημαντικότερος παράγοντας που επηρεάζει τη συρρίκνωση είναι το υλικό που χρησιμοποιείται.

Ο τύπος του υλικού που χρησιμοποιείται επηρεάζει το πόσο θα συρρικνωθεί το μοντέλο.

Η θερμοκρασία εκτύπωσης και οι ταχύτητες ψύξης είναι επίσης σημαντικοί παράγοντες. Η συρρίκνωση μπορεί να συμβεί εάν το μοντέλο εκτυπωθεί σε υψηλή θερμοκρασία ή εάν ψυχθεί πολύ γρήγορα, πράγμα που σημαίνει ότι τα πλαστικά υψηλότερης θερμοκρασίας είναι πιο πιθανό να συρρικνωθούν.

Η ταχεία ανομοιόμορφη ψύξη μπορεί να οδηγήσει ακόμη και σε στρέβλωση, η οποία μπορεί να προκαλέσει ζημιά στο μοντέλο ή να καταστρέψει εντελώς την εκτύπωση. Οι περισσότεροι από εμάς έχουμε βιώσει αυτή τη στρέβλωση, είτε προέρχεται από ρεύματα αέρα είτε απλώς από ένα πολύ κρύο δωμάτιο.

Κάτι που βοήθησε με την παραμόρφωση μου που εφάρμοσα πρόσφατα είναι η χρήση ενός θερμαινόμενου στρώματος μόνωσης κρεβατιού HAWKUNG κάτω από το Ender 3. Όχι μόνο βοηθάει στην παραμόρφωση, αλλά επιταχύνει επίσης τους χρόνους θέρμανσης και τη διατήρηση μιας πιο σταθερής θερμοκρασίας κρεβατιού.

Τέλος, ο τύπος της τεχνολογίας εκτύπωσης που χρησιμοποιείται καθορίζει επίσης την έκταση της συρρίκνωσης που εντοπίζεται στο μοντέλο. Οι φθηνότερες τεχνολογίες, όπως η FDM, συνήθως δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή εξαρτημάτων υψηλής ποιότητας με στενές ανοχές.

Οι τεχνολογίες SLS και εκτόξευσης μετάλλων δικαιολογούν την υψηλή τιμή τους με την παραγωγή ακριβών μοντέλων.

Ευτυχώς, υπάρχουν πολλοί τρόποι να λαμβάνουμε υπόψη τη συρρίκνωση, επιτρέποντάς μας να παράγουμε εξαρτήματα διαστατικής ακρίβειας χωρίς ιδιαίτερη ταλαιπωρία, αν και πρέπει να γνωρίζετε τις σωστές τεχνικές.

Πόσο συρρικνώνονται οι εκτυπώσεις ABS, PLA και PETG;

Όπως αναφέραμε προηγουμένως, ο ρυθμός συρρίκνωσης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το είδος του υλικού που χρησιμοποιείται. Διαφέρει από υλικό σε υλικό. Ας ρίξουμε μια ματιά σε τρία από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα υλικά τρισδιάστατης εκτύπωσης και πώς αντέχουν στη συρρίκνωση:

PLA

Το PLA είναι ένα οργανικό, βιοδιασπώμενο υλικό που χρησιμοποιείται επίσης στους εκτυπωτές FDM. Είναι ένα από τα πιο δημοφιλή υλικά που χρησιμοποιούνται στην τρισδιάστατη εκτύπωση, επειδή είναι εύκολο στην εκτύπωση και μη τοξικό.

Το PLA υποφέρει από μικρή συρρίκνωση, ακούγοντας ποσοστά συρρίκνωσης μεταξύ 0,2% και 3%, καθώς είναι θερμοπλαστικό χαμηλής θερμοκρασίας.

Τα νήματα PLA δεν χρειάζονται υψηλές θερμοκρασίες για την εξώθηση, η θερμοκρασία εκτύπωσης είναι περίπου 190 ℃, η οποία είναι μικρότερη από εκείνη του ABS.

Η συρρίκνωση στο PLA μπορεί επίσης να μειωθεί με την εκτύπωση σε κλειστό περιβάλλον ή απλά με την αναβάθμιση του μοντέλου για να αντισταθμιστεί η συρρίκνωση.

Αυτό λειτουργεί επειδή μειώνει αυτές τις γρήγορες αλλαγές στη θερμοκρασία και μειώνει τη φυσική καταπόνηση του μοντέλου.

Νομίζω ότι αυτά τα ποσοστά συρρίκνωσης εξαρτώνται από τη μάρκα και τη διαδικασία κατασκευής, ακόμη και από το χρώμα του ίδιου του νήματος. Μερικοί άνθρωποι διαπίστωσαν ότι τα σκούρα χρώματα τείνουν να συρρικνώνονται περισσότερο από τα ανοιχτά χρώματα.

ABS

Το ABS είναι ένα υλικό εκτύπωσης με βάση το πετρέλαιο που χρησιμοποιείται στους εκτυπωτές FDM. Χρησιμοποιείται ευρέως λόγω της υψηλής αντοχής, της αντοχής στη θερμότητα και της ευελιξίας του. Μπορεί να βρεθεί σε οτιδήποτε, από θήκες τηλεφώνων μέχρι Lego.

Το ABS έχει πολύ υψηλό ποσοστό συρρίκνωσης, οπότε αν χρειάζεστε τρισδιάστατες εκτυπώσεις με ακρίβεια διαστάσεων, θα προσπαθούσα να αποφύγω τη χρήση του. Έχω δει ανθρώπους να σχολιάζουν ποσοστά συρρίκνωσης που κυμαίνονται από 0,8% έως και 8%.

Είμαι βέβαιος ότι αυτές είναι ακραίες περιπτώσεις και θα μπορούσατε να το μειώσετε με τη σωστή ρύθμιση, αλλά είναι μια καλή επίδειξη για να δείξετε πόσο άσχημη μπορεί να γίνει η συρρίκνωση.

Ένας από τους κύριους τρόπους μείωσης της συρρίκνωσης είναι η εκτύπωση στις σωστές θερμοκρασίες θερμαινόμενης κλίνης.

Η χρήση μιας σωστά βαθμονομημένης θερμαινόμενης κλίνης βοηθάει στην πρόσφυση του πρώτου στρώματος και βοηθάει επίσης στην αποφυγή ψύξης του κάτω στρώματος πολύ πιο γρήγορα από το υπόλοιπο της εκτύπωσης, ώστε να αποφευχθεί η στρέβλωση.

Μια άλλη συμβουλή για τη μείωση της συρρίκνωσης είναι η εκτύπωση σε κλειστό θάλαμο. Αυτό απομονώνει την τρισδιάστατη εκτύπωση από τα εξωτερικά ρεύματα αέρα, εξασφαλίζοντας ότι δεν θα ψύχεται ανομοιόμορφα.

Ο κλειστός θάλαμος διατηρεί την εκτύπωση σε σταθερή, σχεδόν πλαστική θερμοκρασία μέχρι να ολοκληρωθεί η εκτύπωση και όλα τα τμήματα μπορούν να ψύχονται με τον ίδιο ρυθμό.

Ένα εξαιρετικό περίβλημα που χιλιάδες άνθρωποι έχουν χρησιμοποιήσει και απολαμβάνουν είναι το Creality Fireproof & Dustproof Enclosure από το Amazon. Διατηρεί ένα περιβάλλον σταθερής θερμοκρασίας και είναι πολύ εύκολο στην εγκατάσταση & συντήρηση.

Επιπλέον, παρέχει μεγαλύτερη ασφάλεια όσον αφορά τις πυρκαγιές, μειώνει τις ηχητικές εκπομπές και προστατεύει από τη συσσώρευση σκόνης.

PETG

Το PETG είναι ένα άλλο ευρέως χρησιμοποιούμενο υλικό τρισδιάστατης εκτύπωσης λόγω των εκπληκτικών ιδιοτήτων του. Συνδυάζει τη δομική αντοχή και την ανθεκτικότητα του ABS με την ευκολία εκτύπωσης και τη μη τοξικότητα του PLA.

Αυτό το καθιστά κατάλληλο για χρήση σε πολλές εφαρμογές που απαιτούν υψηλή αντοχή και ασφάλεια υλικού.

Με 0,8%, τα νήματα PETG έχουν το χαμηλότερο ποσοστό συρρίκνωσης. Τα τρισδιάστατα μοντέλα που κατασκευάζονται με PETG είναι σχετικά σταθερά ως προς τις διαστάσεις σε σύγκριση με άλλα. Αυτό τα καθιστά ιδανικά για την κατασκευή λειτουργικών εκτυπώσεων που πρέπει να συμμορφώνονται με κάπως αυστηρές ανοχές.

Για να αντισταθμίσετε ή να μειώσετε τη συρρίκνωση στις εκτυπώσεις PETG, το μοντέλο μπορεί να αναβαθμιστεί κατά 0,8% πριν από την εκτύπωση.

Πώς να επιτύχετε τη σωστή αντιστάθμιση συρρίκνωσης στην τρισδιάστατη εκτύπωση

Όπως είδαμε παραπάνω, η συρρίκνωση μπορεί να μειωθεί με διάφορους τρόπους. Όμως, το γεγονός παραμένει ότι όσο και να γίνει, η συρρίκνωση δεν μπορεί να εξαλειφθεί. Γι' αυτό και η καλή πρακτική είναι να προσπαθείτε να υπολογίζετε τη συρρίκνωση κατά την προετοιμασία του μοντέλου για εκτύπωση.

Η σωστή αντιστάθμιση της συρρίκνωσης βοηθάει στη λογιστική αντιμετώπιση της μείωσης του μεγέθους των μοντέλων. Ορισμένα λογισμικά εκτύπωσης διαθέτουν προεπιλογές που το κάνουν αυτό αυτόματα για εσάς, αλλά τις περισσότερες φορές πρέπει να γίνει χειροκίνητα.

Ο υπολογισμός του είδους της αντιστάθμισης συρρίκνωσης που πρέπει να εφαρμοστεί εξαρτάται από τρία πράγματα, το υλικό που χρησιμοποιείται, τη θερμοκρασία εκτύπωσης και τη γεωμετρία του μοντέλου.

Όλοι αυτοί οι παράγοντες σε συνδυασμό θα δώσουν μια ιδέα για το πόσο αναμένεται να συρρικνωθεί η εκτύπωση και πώς θα αντισταθμιστεί αυτό.

Η σωστή συρρίκνωση μπορεί επίσης να είναι μια επαναληπτική διαδικασία, γνωστή και ως απλή δοκιμή και σφάλμα. Ο ρυθμός συρρίκνωσης μπορεί να διαφέρει ακόμη και μεταξύ διαφορετικών εμπορικών σημάτων του ίδιου τύπου υλικού.

Έτσι, ένας πολύ καλός τρόπος μέτρησης και ποσοτικοποίησης της συρρίκνωσης είναι να εκτυπώσετε πρώτα ένα δοκιμαστικό μοντέλο και να μετρήσετε τη συρρίκνωση. Τα δεδομένα που λαμβάνετε μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία μιας μαθηματικά τεκμηριωμένης αντιστάθμισης ποσοστού συρρίκνωσης.

Ένας πολύ καλός τρόπος για να μετρήσετε τη συρρίκνωση είναι με τη χρήση αυτού του αντικειμένου υπολογισμού συρρίκνωσης από το Thingiverse. Ένας χρήστης το περιέγραψε ως "Ένα από τα καλύτερα εργαλεία γενικής βαθμονόμησης που υπάρχουν". Πολλοί άλλοι χρήστες μοιράζονται τις ευχαριστίες τους με τον δημιουργό αυτού του μοντέλου CAD.

Τα βήματα έχουν ως εξής:

• Εκτυπώστε το δοκιμαστικό τεμάχιο χρησιμοποιώντας το νήμα της επιλογής σας και τις ρυθμίσεις του τεμαχιστή που σκοπεύετε να χρησιμοποιήσετε.
• Μετρήστε και εισαγάγετε στο υπολογιστικό φύλλο (το δικό μου είναι κοινόχρηστο στη διεύθυνση //docs.google.com/spreadsheets/d/14Nqzy8B2T4-O4q95d4unt6nQt4gQbnZm_qMQ-7PzV_I/edit?usp=sharing).
• Ενημέρωση ρυθμίσεων φέτες

Θέλετε να χρησιμοποιήσετε αυτό το φύλλο Google και να δημιουργήσετε ένα νέο αντίγραφο που θα μπορείτε να επεξεργαστείτε μόνοι σας από φρέσκο. Θα βρείτε τις οδηγίες στη σελίδα του Thingiverse για περισσότερες λεπτομέρειες.

Αν θέλετε μια πραγματικά ακριβή αντιστάθμιση, μπορείτε να εκτελέσετε την επανάληψη δύο φορές, αλλά ο κατασκευαστής λέει ότι μία μόνο επανάληψη ήταν αρκετή για να τους φέρει σε ανοχή 100um (0,01mm) σε ένα τεμάχιο 150mm.

Ένας χρήστης δήλωσε ότι απλά κλιμακώνει τα μοντέλα του στο 101% και λειτουργεί αρκετά καλά γι' αυτόν. Αυτός είναι ένας πολύ απλός τρόπος να βλέπεις τα πράγματα, αλλά μπορεί να είναι επιτυχημένος για γρήγορα αποτελέσματα.

Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε μια ρύθμιση που ονομάζεται οριζόντια επέκταση, η οποία προσαρμόζει το μέγεθος των τρισδιάστατων εκτυπώσεών σας στη διάσταση X/Y, για να αντισταθμίσει τις αλλαγές στο μέγεθος καθώς το μοντέλο ψύχεται και συρρικνώνεται.

Αν δημιουργείτε μόνοι σας τα μοντέλα, μπορείτε να προσαρμόσετε τις ανοχές στο ίδιο το μοντέλο και με περισσότερη εξάσκηση θα αρχίσετε να μπορείτε να μαντεύετε τις σωστές ανοχές για το συγκεκριμένο σχέδιο.