Bár a 3D nyomtatással elég részletes modellek készülnek, amelyek szinte teljesen megegyeznek a CAD-képpel, a méretpontosság és a tűrés nem tökéletesen azonos. Ez az úgynevezett zsugorodás, amely a 3D nyomtatásban olyan mértékben jelentkezik, hogy valószínűleg észre sem veszed.

Elgondolkodtam azon, hogy mennyi zsugorodás következik be a 3D nyomatoknál, ami ideális kérdés azok számára, akik olyan funkcionális tárgyakat szeretnének létrehozni, amelyek szoros tűréseket igényelnek, ezért úgy döntöttem, hogy kiderítem és megosztom veletek.

Ebben a cikkben bemutatjuk, mi az a zsugorodás, mennyivel zsugorodhatnak a 3D nyomatok, és néhány jó zsugorodás-kompenzációs megoldást fogunk alkalmazni.

Mi a zsugorodás a 3D nyomtatásban?

A 3D nyomtatásban a zsugorodás a végső modell méretének csökkenése, amely a hőmérsékletváltozás miatt következik be az olvadt hőre lágyuló műanyagból a lehűlt extrudált anyagrétegek között.

A nyomtatás során az extruder megolvasztja a nyomtatószálat a 3D modell létrehozásához, és az anyag e folyamat során kitágul. Miután a rétegek közvetlenül az extrudálás után elkezdenek lehűlni, az anyag sűrűsége megnő, ugyanakkor mérete csökken.

A legtöbb ember nem veszi észre, hogy ez történik, amíg nem lesz egy olyan modellje, amely egy kicsit nagyobb méretpontosságot igényel.

A zsugorodás nem jelent problémát az esztétikus modellek, például műalkotások, vázák és játékok nyomtatásakor. Amikor elkezdünk olyan tárgyakhoz nyúlni, amelyeknek szűk tűréshatárokkal kell rendelkezniük, mint például egy telefontok vagy egy tárgyakat összekötő tartó, a zsugorodás megoldandó problémává válik.

Szinte minden 3D nyomtatási folyamat során előfordul a hőmérséklet-változások miatt. De az, hogy milyen ütemben fordul elő, néhány tényezőtől függően változik.

Ezek a tényezők a felhasznált anyag, a hőmérséklet, a nyomtatási technológia és a gyantanyomatok esetében a kikeményedési idő.

Mindezen tényezők közül talán a zsugorodásra ható legfontosabb tényező a felhasznált anyag.

A felhasznált anyag típusa befolyásolja, hogy a modell mennyire fog zsugorodni.

A nyomtatási hőmérséklet és a hűtési sebesség szintén fontos tényezők. Zsugorodás akkor fordulhat elő, ha a modellt magas hőmérsékleten nyomtatják vagy túl gyorsan hűtik, vagyis a magasabb hőmérsékletű műanyagok nagyobb valószínűséggel zsugorodnak.

A gyors, egyenlőtlen lehűlés akár vetemedéshez is vezethet, ami károsíthatja a modellt, vagy teljesen tönkreteheti a nyomtatást. A legtöbben tapasztaltuk már ezt a vetemedést, akár huzat, akár csak egy nagyon hideg szoba miatt.

Valami, ami segített a vetemedésben, amit nemrég hajtottam végre, az a HAWKUNG fűtött ágyszigetelő szőnyeg használata az Ender 3 alatt. Nemcsak a vetemedésben segít, hanem felgyorsítja a fűtési időt és az egyenletesebb ágyhőmérsékletet is.

Végül, az alkalmazott nyomtatási technológia típusa is meghatározza a modellben található zsugorodás mértékét. Az olcsóbb technológiák, mint például az FDM, általában nem alkalmasak kiváló minőségű, szűk tűréshatárokkal rendelkező alkatrészek készítésére.

Az SLS és a fémfröccsöntési technológiák pontos modellek előállításával igazolják magas árcédulájukat.

Szerencsére a zsugorodás figyelembe vételére számos módszer létezik, amelyek lehetővé teszik, hogy méretpontos alkatrészeket gyártsunk túl sok gond nélkül, bár ehhez ismernünk kell a megfelelő technikákat.

Mennyire zsugorodnak az ABS, PLA és PETG nyomtatások?

Ahogy korábban említettük, a zsugorodás mértéke nagyban függ a felhasznált anyag fajtájától. Anyagonként változik. Nézzük meg a három legelterjedtebb 3D nyomtatási anyagot, és azt, hogyan bírják a zsugorodást:

PLA

A PLA egy szerves, biológiailag lebomló anyag, amelyet az FDM nyomtatókban is használnak. Ez az egyik legnépszerűbb anyag a 3D nyomtatásban, mivel könnyű vele nyomtatni, és nem is mérgező.

A PLA kevés zsugorodást szenved, a zsugorodás mértéke 0,2% és 3% között van, mivel ez egy alacsonyabb hőmérsékletű hőre lágyuló műanyag.

A PLA szálaknak nincs szükségük magas hőmérsékletre az extrudáláshoz, a nyomtatási hőmérséklet körülbelül 190 ℃, ami kisebb, mint az ABS-é.

A PLA zsugorodása szintén csökkenthető zárt környezetben történő nyomtatással vagy egyszerűen a modell méretének növelésével, hogy kompenzálja a zsugorodást.

Ez azért működik, mert csökkenti a gyors hőmérséklet-változásokat, és csökkenti a modell fizikai terhelését.

Azt hiszem, ezek a zsugorodási arányok a márkától és a gyártási eljárástól, sőt magától a fonal színétől is függnek. Néhányan úgy találták, hogy a sötétebb színek hajlamosabbak jobban zsugorodni, mint a világosabb színek.

ABS

Az ABS egy kőolaj alapú nyomtatási anyag, amelyet az FDM nyomtatókban használnak. Nagy szilárdsága, hőállósága és sokoldalúsága miatt széles körben használják. A telefontoktól kezdve a legókig mindenben megtalálható.

Az ABS-nek nagyon magas a zsugorodási rátája, ezért ha méretpontos 3D nyomatokra van szüksége, megpróbálnám elkerülni a használatát. Láttam, hogy az emberek 0,8%-tól akár 8%-ig terjedő zsugorodási rátát is említenek.

Biztos vagyok benne, hogy ezek szélsőséges esetek, és a megfelelő beállítással ezt csökkenteni lehetne, de ez egy jó példa arra, hogy szemléltesse, milyen rossz zsugorodást lehet elérni.

A zsugorodás csökkentésének egyik fő módja a megfelelő melegített ágyhőmérsékleten történő nyomtatás.

A megfelelően kalibrált fűtött ágy használata segít az első réteg tapadásában, és megakadályozza, hogy az alsó réteg túl gyorsan hűljön le, mint a nyomtatás többi része, és így elkerülhető legyen az elhajlás.

Egy másik tipp a zsugorodás csökkentésére, ha zárt kamrában nyomtat. Ez elszigeteli a 3D nyomtatást a külső légáramlatoktól, így biztosítva, hogy ne hűljön egyenetlenül.

A zárt kamra a nyomtatást a nyomtatás befejezéséig állandó, közel műanyag hőmérsékleten tartja, és minden rész egyforma sebességgel hűlhet.

Egy nagyszerű burkolat, amelyet több ezer ember használt és élvezte, a Creality tűzálló & amp; porálló burkolat az Amazonról. Állandó hőmérsékletű környezetet tart, és nagyon könnyen telepíthető & amp; karbantartható.

Ezen felül nagyobb biztonságot nyújt a tüzek szempontjából, csökkenti a zajkibocsátást, és véd a porfelhalmozódástól.

PETG

A PETG egy másik széles körben használt 3D nyomtatási anyag, fenomenális tulajdonságai miatt. Egyesíti az ABS szerkezeti szilárdságát és szívósságát a PLA könnyű nyomtathatóságával és mérgezésmentességével.

Ez teszi alkalmassá számos, nagy szilárdságot és anyagbiztonságot igénylő alkalmazásban való felhasználásra.

A PETG szálaknak van a legalacsonyabb zsugorodási rátájuk (0,8%). A PETG-vel készült 3D modellek a többivel összehasonlítva viszonylag méretstabilak, ezért ideálisak olyan funkcionális nyomatok készítéséhez, amelyeknek némileg szigorú tűréshatároknak kell megfelelniük.

A PETG-nyomatok zsugorodásának kompenzálására vagy csökkentésére a modell a nyomtatás előtt 0,8%-kal megnövelhető.

Hogyan érjük el a megfelelő zsugorodási kompenzációt a 3D nyomtatásban?

Mint fentebb láttuk, a zsugorodás többféleképpen is csökkenthető. De tény, hogy bármennyit is teszünk, a zsugorodást nem lehet kiküszöbölni. Ezért jó gyakorlat, hogy a modell nyomtatásra való előkészítésekor megpróbáljuk figyelembe venni a zsugorodást.

A megfelelő zsugorodási kompenzáció beállítása segít a modellek méretének csökkentésében. Egyes nyomtatószoftverek rendelkeznek olyan beállításokkal, amelyek ezt automatikusan elvégzik Ön helyett, de a legtöbbször ezt kézzel kell elvégezni.

Az alkalmazandó zsugorodási kompenzáció kiszámítása három dologtól függ: a felhasznált anyagtól, a nyomtatási hőmérséklettől és a modell geometriájától.

Mindezek a tényezők együttesen megadják, hogy a nyomtatás várhatóan mennyit fog zsugorodni, és hogyan kell ezt kompenzálni.

A megfelelő zsugorodás elérése szintén egy iteratív folyamat lehet, más néven egyszerű próbálkozás és hiba. A zsugorodás mértéke még ugyanazon anyagtípus különböző márkái között is változhat.

A zsugorodás mérésének és számszerűsítésének nagyszerű módja tehát az, hogy először kinyomtat egy tesztmodellt, és megméri a zsugorodást. A kapott adatokból aztán matematikailag megalapozott zsugorodási arány kompenzációt lehet létrehozni.

A zsugorodás mérésének nagyszerű módja ez a zsugorodásszámítási objektum a Thingiverse-ről. Egy felhasználó így jellemezte: "Az egyik legjobb általános kalibrációs eszköz". Sok más felhasználó osztja meg köszönetét a CAD-modell készítőjével.

A lépések a következők:

• Nyomtassa ki a tesztalkatrészt az Ön által választott filamentummal és a használni kívánt szeletelő beállításokkal.
• Mérje meg és írja be a táblázatba (az enyém a //docs.google.com/spreadsheets/d/14Nqzy8B2T4-O4q95d4unt6nQt4gQbnZm_qMQ-7PzV_I/edit?usp=sharing).
• Szeletelő beállításainak frissítése

Ezt a Google Sheet-et akarod használni, és készíts egy új másolatot, amelyet frissen, saját magad szerkeszthetsz. A Thingiverse oldalán találod az utasításokat a további részletekért.

Ha igazán pontos kompenzációt szeretne, akkor az iterációt kétszer is lefuttathatja, de a gyártó szerint egyetlen iteráció elég volt ahhoz, hogy egy 150 mm-es alkatrészen 100um (0,01 mm) tűréshatáron belülre kerüljenek.

Egy felhasználó azt mondta, hogy egyszerűen 101%-ra skálázza a modelljeit, és ez elég jól működik nála. Ez egy nagyon egyszerű módja a dolgok szemlélésének, de gyors eredmények esetén sikeres lehet.

Használhatja a vízszintes tágítás nevű beállítást is, amely X/Y dimenzióban módosítja a 3D nyomatok méretét, hogy kompenzálja a modell lehűlése és zsugorodása során bekövetkező méretváltozásokat.

Ha a modelleket saját maga készíti, a tűréseket magán a modellen állíthatja be, és több gyakorlással már képes lesz kitalálni a megfelelő tűréseket az adott konstrukcióra vonatkozóan.