Vaikka 3D-tulostus tuottaa melko yksityiskohtaisia malleja, jotka näyttävät lähes identtisiltä CAD-kuvan kanssa, mittatarkkuus ja toleranssi eivät ole täysin identtisiä. Tätä kutsutaan kutistumiseksi, jota tapahtuu 3D-tulosteissa niin, ettet luultavasti edes huomaa sitä.

Ajattelin, kuinka paljon 3D-tulosteissa tapahtuu kutistumista, mikä on ihanteellinen kysymys niille, jotka haluavat luoda toiminnallisia esineitä, jotka vaativat tiukkoja toleransseja, joten päätin selvittää asian ja jakaa sen kanssanne.

Tässä artikkelissa käsittelemme, mitä kutistuminen on, kuinka paljon 3D-tulosteesi todennäköisesti kutistuvat ja joitakin hyviä kutistumisen kompensointikeinoja.

Mitä kutistuminen on 3D-tulostuksessa?

Kutistuminen 3D-tulostuksessa on lopullisen mallin koon pieneneminen, joka johtuu lämpötilan muutoksista sulatetusta kestomuovista jäähdytettyihin pursotettaviin materiaalikerroksiin.

Tulostuksen aikana ekstruuderi sulattaa tulostusfilamentin 3D-mallin luomiseksi, ja materiaali laajenee tämän prosessin aikana. Kun kerrokset alkavat jäähtyä heti ekstruudoinnin jälkeen, materiaalin tiheys kasvaa, mutta sen koko pienenee.

Useimmat ihmiset huomaavat tämän vasta, kun heillä on malli, joka vaatii hieman suurempaa mittatarkkuutta.

Kutistuminen ei ole ongelma, kun tulostetaan esteettisiä malleja, kuten taideteoksia, maljakoita ja leluja. Kun alamme siirtyä esineisiin, joissa on tiukat toleranssit, kuten puhelinkoteloon tai esineitä yhdistävään kiinnikkeeseen, kutistumisesta tulee ongelma, joka on ratkaistava.

Sitä esiintyy lähes kaikissa 3D-tulostusprosesseissa lämpötilan vaihtelujen vuoksi, mutta sen esiintymisnopeus vaihtelee muutamien tekijöiden mukaan.

Näitä tekijöitä ovat käytetty materiaali, lämpötila, tulostustekniikka ja hartsitulosteiden kovettumisaika.

Kaikista näistä tekijöistä ehkä tärkein kutistumiseen vaikuttava tekijä on käytetty materiaali.

Käytetty materiaalityyppi vaikuttaa siihen, kuinka paljon malli kutistuu.

Myös tulostuslämpötila ja jäähdytysnopeus ovat tärkeitä tekijöitä. Kutistumista voi tapahtua, jos malli tulostetaan korkeassa lämpötilassa tai jos se jäähdytetään liian nopeasti, eli korkeamman lämpötilan muovit kutistuvat todennäköisemmin.

Nopea epätasainen jäähtyminen voi jopa johtaa vääntymiseen, joka voi vahingoittaa mallia tai pilata tulostuksen kokonaan. Useimmat meistä ovat kokeneet tällaista vääntymistä, johtui se sitten vedosta tai vain todella kylmästä huoneesta.

Jotain, joka auttoi minua vääntymisessä, jonka otin hiljattain käyttöön, on HAWKUNGin lämmitetyn sängyn eristysmaton käyttö Ender 3:n alla. Se ei ainoastaan auta vääntymisessä, vaan myös nopeuttaa lämmitysaikoja ja pitää sängyn lämpötilan tasaisempana.

Käytetty tulostustekniikka vaikuttaa myös mallissa havaitun kutistuman laajuuteen. Halvemmilla tekniikoilla, kuten FDM-tekniikalla, ei yleensä voida valmistaa korkealaatuisia osia, joissa on tiukat toleranssit.

SLS- ja metallin suihkutustekniikat oikeuttavat korkean hintansa tuottamalla tarkkoja malleja.

Onneksi kutistumisen huomioon ottamiseksi on olemassa monia tapoja, joiden avulla voimme valmistaa mittatarkkoja osia ilman suurempaa vaivaa, mutta sinun on tunnettava oikeat tekniikat.

Kuinka paljon ABS-, PLA- ja PETG-tulosteet kutistuvat?

Kuten aiemmin mainitsimme, kutistumisnopeus riippuu suuresti käytetystä materiaalista. Se vaihtelee materiaalista toiseen. Katsotaanpa kolmea yleisimmin käytettyä 3D-tulostusmateriaalia ja sitä, miten ne kestävät kutistumista:

PLA

PLA on orgaaninen, biohajoava materiaali, jota käytetään myös FDM-tulostimissa. Se on yksi suosituimmista 3D-tulostuksessa käytetyistä materiaaleista, koska sillä on helppo tulostaa ja se on myrkytön.

PLA:n kutistuminen on vähäistä, ja sen kutistumisaste on 0,2-3 %, koska se on alhaisemman lämpötilan kestomuovi.

PLA-filamentit eivät tarvitse korkeita lämpötiloja suulakepuristamiseen, tulostuslämpötila on noin 190 ℃, joka on pienempi kuin ABS.

PLA:n kutistumista voidaan vähentää myös tulostamalla suljetussa ympäristössä tai yksinkertaisesti suurentamalla mallia kutistumisen kompensoimiseksi.

Tämä toimii, koska se vähentää nopeita lämpötilan muutoksia ja pienentää malliin kohdistuvaa fyysistä rasitusta.

Luulen, että nämä kutistumisprosentit riippuvat merkistä ja valmistusprosessista ja jopa itse filamentin väristä. Jotkut ovat havainneet, että tummemmat värit kutistuvat yleensä enemmän kuin vaaleammat värit.

ABS

ABS on öljypohjainen tulostusmateriaali, jota käytetään FDM-tulostimissa. Sitä käytetään laajalti sen suuren lujuuden, lämmönkestävyyden ja monipuolisuuden vuoksi. Sitä voi löytää mistä tahansa puhelinkoteloista Legoihin.

ABS:llä on todella suuri kutistumisaste, joten jos tarvitset mittatarkkoja 3D-tulosteita, yrittäisin välttää sen käyttöä. Olen nähnyt ihmisten kommentoivan kutistumisasteita 0,8 prosentista jopa 8 prosenttiin.

Olen varma, että nämä ovat ääritapauksia, ja sitä voisi vähentää oikeilla asetuksilla, mutta se on hyvä esimerkki siitä, miten pahaksi kutistuminen voi todella muuttua.

Yksi tärkeimmistä tavoista vähentää kutistumista on tulostaa oikeissa lämmitettävän sängyn lämpötiloissa.

Oikein kalibroidun lämmitetyn sängyn käyttäminen auttaa ensimmäisen kerroksen tarttumisessa ja estää myös alimman kerroksen jäähtymisen liian paljon muuta tulostetta nopeammin, jotta vältytään vääntymiseltä.

Toinen vinkki kutistumisen vähentämiseen on tulostaminen suljetussa kammiossa. Tämä eristää 3D-tulosteen ulkoilmavirroista ja varmistaa, ettei se jäähdy epätasaisesti.

Suljettu kammio pitää tulosteen tasaisessa, lähes muovisessa lämpötilassa, kunnes tulostus on valmis, ja kaikki osat voivat jäähtyä samaan tahtiin.

Loistava kotelo, jota tuhannet ihmiset ovat käyttäneet ja nauttineet, on Creality Fireproof & Dustproof Enclosure Amazonista. Se pitää vakiolämpötilan ympäristössä ja on erittäin helppo asentaa & ylläpitää.

Lisäksi se lisää paloturvallisuutta, vähentää äänipäästöjä ja suojaa pölyltä.

PETG

PETG on toinen laajalti käytetty 3D-tulostusmateriaali sen ilmiömäisten ominaisuuksien ansiosta. Siinä yhdistyvät ABS:n rakenteellinen lujuus ja sitkeys sekä PLA:n helppo tulostettavuus ja myrkyttömyys.

Tämän ansiosta se soveltuu käytettäväksi monissa sovelluksissa, jotka vaativat suurta lujuutta ja materiaaliturvallisuutta.

PETG-filamenttien kutistumisaste on alhaisin, 0,8 %. PETG:llä tehdyt 3D-mallit ovat muihin verrattuna suhteellisen mittatarkkoja, joten ne sopivat erinomaisesti toiminnallisten tulosteiden valmistukseen, joiden on noudatettava melko tiukkoja toleransseja.

PETG-tulosteiden kutistumisen kompensoimiseksi tai vähentämiseksi mallia voidaan skaalata 0,8 %:lla ennen tulostusta.

Miten saada oikea kutistumiskompensaatio 3D-tulostuksessa?

Kuten edellä on todettu, kutistumista voidaan vähentää monin eri tavoin. Tosiasia kuitenkin on, että vaikka kuinka paljon tehtäisiin, kutistumista ei voida poistaa. Siksi on hyvä käytäntö yrittää ottaa kutistuminen huomioon, kun mallia valmistellaan tulostusta varten.

Oikean kutistumiskompensaation määrittäminen auttaa ottamaan huomioon mallien koon pienenemisen. Joissakin tulostusohjelmissa on esiasetukset, jotka tekevät tämän automaattisesti, mutta useimmiten se on tehtävä manuaalisesti.

Käytettävän kutistumiskompensaation laskeminen riippuu kolmesta asiasta: käytettävästä materiaalista, tulostuslämpötilasta ja mallin geometriasta.

Kaikki nämä tekijät yhdessä antavat käsityksen siitä, kuinka paljon tulosteen odotetaan kutistuvan ja miten se kompensoidaan.

Oikean kutistuman määrittäminen voi olla myös iteratiivinen prosessi, joka tunnetaan myös nimellä "kokeile ja erehdy". Kutistuman määrä voi jopa vaihdella saman tyyppisen materiaalin eri merkkien välillä.

Erinomainen tapa mitata ja määrittää kutistuminen on siis ensin tulostaa testimalli ja mitata kutistuminen. Saatuja tietoja voidaan sitten käyttää matemaattisesti perustellun kutistumisasteen kompensaation luomiseen.

Hyvä tapa mitata kutistumaa on käyttää tätä kutistuman laskentakohdetta Thingiversestä. Eräs käyttäjä kuvaili sitä seuraavasti: "Yksi parhaista yleisistä kalibrointityökaluista". Monet muut käyttäjät jakavat kiitoksensa tämän CAD-mallin tekijälle.

Vaiheet ovat seuraavat:

• Tulosta testikappale valitsemallasi filamentilla ja suunnittelemillasi viipalointiasetuksilla.
• Mittaa ja syötä taulukkolaskentaohjelmaan (omani on jaettu osoitteessa //docs.google.com/spreadsheets/d/14Nqzy8B2T4-O4q95d4unt6nQt4gQbnZm_qMQ-7PzV_I/edit?usp=sharing).
• Päivitä viipalointiasetukset

Haluat käyttää tuota Google Sheetiä ja tehdä uuden kopion, jota voit muokata itse tuoreeltaan. Ohjeet löydät Thingiverse-sivulta, jossa on lisätietoja.

Jos haluat todella tarkan kompensaation, voit suorittaa iteraation kahdesti, mutta valmistaja sanoo, että vain yksi iteraatio riitti 100um (0,01mm) toleranssin saavuttamiseen 150mm:n kappaleen kohdalla.

Eräs käyttäjä kertoi, että hän yksinkertaisesti skaalaa mallinsa 101 prosenttiin, ja se toimii hänellä melko hyvin. Tämä on todella yksinkertainen tapa tarkastella asioita, mutta se voi olla menestyksekäs nopeiden tulosten saavuttamiseksi.

Voit myös käyttää asetusta nimeltä horisontaalinen laajennus, joka säätää 3D-tulosteiden kokoa X/Y-ulottuvuudessa kompensoidaksesi kokomuutokset mallin jäähtyessä ja kutistuessa.

Jos luot mallit itse, voit säätää toleransseja itse mallissa, ja kun harjoittelet enemmän, alat pystyä arvaamaan oikeat toleranssit omaa malliasi varten.