Hoci sa pri 3D tlači vytvárajú pomerne detailné modely, ktoré vyzerajú takmer identicky ako obrázok CAD, rozmerová presnosť a tolerancia nie sú úplne identické. Ide o tzv. zmrštenie, ktoré sa pri 3D tlači vyskytuje a ktoré si pravdepodobne ani nevšimnete.

Premýšľal som o tom, aké veľké zmrštenie sa vyskytuje pri 3D výtlačkoch, čo je ideálna otázka pre tých, ktorí chcú vytvárať funkčné objekty vyžadujúce prísne tolerancie, a tak som sa rozhodol to zistiť a podeliť sa o to s vami.

V tomto článku sa budeme zaoberať tým, čo je to zmrštenie, o koľko sa vaše 3D výtlačky pravdepodobne zmenšia a akú kompenzáciu zmrštenia môžete použiť.

Čo je to zmršťovanie pri 3D tlači?

Zmršťovanie pri 3D tlači je zmenšenie veľkosti konečného modelu v dôsledku teplotných zmien z roztaveného termoplastu na ochladené vrstvy vytlačeného materiálu.

Počas tlače extrudér roztaví tlačové vlákno na vytvorenie 3D modelu a materiál sa počas tohto procesu rozpína. Po tom, ako vrstvy začnú chladnúť hneď po vytlačení, spôsobí to, že materiál zvýši svoju hustotu, ale zmenší sa.

Väčšina ľudí si neuvedomí, že sa to deje, až kým nemajú model, ktorý si vyžaduje trochu väčšiu rozmerovú presnosť.

Zmršťovanie nie je problém pri tlači estetických modelov, ako sú umelecké diela, vázy a hračky. Keď sa začneme venovať objektom, ktoré majú prísne tolerancie, ako je puzdro na telefón alebo držiak spájajúci objekty, zmršťovanie sa stane problémom, ktorý treba vyriešiť.

Vyskytuje sa takmer pri každom procese 3D tlače v dôsledku súvisiacich teplotných zmien. Rýchlosť, akou k nemu dochádza, sa však líši v závislosti od niekoľkých faktorov.

Týmito faktormi sú použitý materiál, teplota, technológia tlače a čas vytvrdzovania výtlačkov zo živice.

Zo všetkých týchto faktorov je azda najdôležitejším faktorom ovplyvňujúcim zmršťovanie použitý materiál.

Typ použitého materiálu má vplyv na to, ako veľmi sa model zmenší.

Dôležitým faktorom je aj teplota tlače a rýchlosť chladenia. K zmršteniu môže dôjsť, ak sa model vytlačí pri vysokej teplote alebo sa príliš rýchlo ochladí, čo znamená, že plasty s vyššou teplotou sa skôr zmrštia.

Rýchle nerovnomerné ochladzovanie môže dokonca viesť k deformácii, ktorá môže poškodiť model alebo úplne zničiť tlač. Väčšina z nás sa s takouto deformáciou stretla, či už v dôsledku prievanu alebo len v naozaj chladnej miestnosti.

Niečo, čo mi pomohlo s deformáciou, ktorú som nedávno zaviedol, je použitie vyhrievanej izolačnej podložky HAWKUNG pod mojím Enderom 3. Nielenže pomáha s deformáciou, ale tiež urýchľuje časy ohrevu a udržuje konzistentnejšiu teplotu lôžka.

A napokon, od typu použitej technológie tlače závisí aj miera zmrštenia modelu. Lacnejšie technológie, ako je FDM, sa zvyčajne nedajú použiť na výrobu vysokokvalitných dielov s prísnymi toleranciami.

Technológie SLS a tryskania kovov ospravedlňujú svoju vysokú cenu výrobou presných modelov.

Našťastie existuje veľa spôsobov, ako zohľadniť zmrštenie, čo nám umožňuje vyrábať rozmerovo presné diely bez väčších problémov, musíte však poznať správne techniky.

Ako veľmi sa zmršťujú výtlačky ABS, PLA a PETG?

Ako sme už spomenuli, miera zmrštenia do veľkej miery závisí od druhu použitého materiálu. Líši sa od materiálu k materiálu. Pozrime sa na tri najpoužívanejšie materiály na 3D tlač a na to, ako znášajú zmrštenie:

PLA

PLA je organický, biologicky odbúrateľný materiál, ktorý sa používa aj v tlačiarňach FDM. Je to jeden z najobľúbenejších materiálov používaných pri 3D tlači, pretože sa s ním ľahko tlačí a zároveň nie je toxický.

PLA trpí malým zmršťovaním, počúvanie zmršťovanie miery medzi 0,2%, až 3%, pretože je to nižšia teplota termoplastu.

PLA vlákna nepotrebujú vysoké teploty na vytláčanie, teplota tlače je približne 190 ℃, čo je menej ako u ABS.

Zmrštenie PLA možno znížiť aj tlačou v uzavretom prostredí alebo jednoduchým zväčšením modelu, aby sa zmrštenie kompenzovalo.

Funguje to, pretože sa tým znižujú rýchle zmeny teploty a znižuje sa fyzická záťaž modelu.

Myslím si, že tieto miery zmrštenia závisia od značky a výrobného procesu, a dokonca aj od farby samotného vlákna. Niektorí ľudia zistili, že tmavšie farby majú tendenciu zmršťovať sa viac ako svetlejšie farby.

ABS

ABS je tlačový materiál na báze ropy, ktorý sa používa v tlačiarňach FDM. Používa sa vo veľkom rozsahu vďaka svojej vysokej pevnosti, tepelnej odolnosti a všestrannosti. Nájdete ho v rôznych materiáloch od puzdier na telefóny až po stavebnicu Lego.

ABS má naozaj vysokú mieru zmrštenia, takže ak potrebujete rozmerovo presné 3D výtlačky, snažil by som sa mu vyhnúť. Videl som, že ľudia sa vyjadrujú o miere zmrštenia od 0,8 % až po 8 %.

Som si istý, že ide o extrémne prípady a že by ste to pri správnom nastavení dokázali znížiť, ale je to dobrá ukážka, ktorá ilustruje, aké zlé môže byť zmrštenie.

Jedným z hlavných spôsobov zníženia zmrštenia je tlač pri správnej teplote vyhrievaného lôžka.

Používanie správne kalibrovaného vyhrievaného lôžka pomáha pri priľnavosti prvej vrstvy a tiež pomáha zabrániť tomu, aby spodná vrstva chladla príliš rýchlo ako zvyšok výtlačku, aby sa zabránilo deformácii.

Ďalším tipom na zníženie zmrštenia je tlač v uzavretej komore. 3D tlač sa tak izoluje od vonkajších prúdov vzduchu, čím sa zabezpečí, že sa nebude ochladzovať nerovnomerne.

Uzavretá komora udržiava stabilnú teplotu blízku teplote plastu až do ukončenia tlače a všetky časti môžu chladnúť rovnakou rýchlosťou.

Skvelým krytom, ktorý používajú a využívajú tisíce ľudí, je ohňovzdorný a prachotesný kryt Creality od spoločnosti Amazon. Udržuje konštantnú teplotu prostredia a veľmi ľahko sa inštaluje a udržiava.

Okrem toho poskytuje väčšiu bezpečnosť pri požiari, znižuje emisie zvuku a chráni pred usadzovaním prachu.

PETG

PETG je ďalším široko používaným materiálom pre 3D tlač vďaka svojim fenomenálnym vlastnostiam. Kombinuje štrukturálnu pevnosť a húževnatosť ABS s jednoduchosťou tlače a netoxickosťou PLA.

Vďaka tomu je vhodný na použitie v mnohých aplikáciách vyžadujúcich vysokú pevnosť a bezpečnosť materiálu.

Filamenty PETG majú najnižšiu mieru zmrštenia (0,8 %). 3D modely vyrobené z PETG sú v porovnaní s inými materiálmi pomerne rozmerovo stabilné. To z nich robí ideálne materiály na výrobu funkčných výtlačkov, ktoré musia spĺňať pomerne prísne tolerancie.

Na kompenzáciu alebo zníženie zmrštenia pri výtlačkoch PETG možno model pred tlačou zväčšiť o 0,8 %.

Ako dosiahnuť správnu kompenzáciu zmrštenia pri 3D tlači

Ako sme videli vyššie, zmrštenie sa dá znížiť viacerými spôsobmi. Faktom však zostáva, že bez ohľadu na to, koľko sa toho urobí, zmrštenie sa nedá odstrániť. Preto je dobrým zvykom pokúsiť sa zohľadniť zmrštenie pri príprave modelu na tlač.

Správne nastavenie kompenzácie zmrštenia pomáha zohľadniť zmenšenie veľkosti modelov. Niektoré tlačové softvéry obsahujú prednastavenia, ktoré to automaticky vykonajú za vás, ale väčšinou je to potrebné urobiť ručne.

Výpočet druhu kompenzácie zmrštenia, ktorý sa má použiť, závisí od troch vecí: použitého materiálu, teploty tlače a geometrie modelu.

Kombinácia všetkých týchto faktorov poskytne predstavu o tom, aké veľké zmenšenie sa očakáva pri tlači a ako to kompenzovať.

Dosiahnutie správneho zmrštenia môže byť tiež iteračný proces, inak známy ako jednoduchý pokus a omyl. Miera zmrštenia sa môže dokonca líšiť v rôznych značkách rovnakého typu materiálu.

Skvelým spôsobom merania a kvantifikácie zmrštenia je teda najprv vytlačiť skúšobný model a zmerať zmrštenie. Získané údaje potom môžete použiť na vytvorenie matematicky podloženej kompenzácie miery zmrštenia.

Skvelým spôsobom merania zmrštenia je použitie tohto objektu na výpočet zmrštenia z Thingiverse. Jeden používateľ ho opísal ako "Jeden z najlepších všeobecných kalibračných nástrojov v okolí". Mnoho ďalších používateľov sa delí o svoje poďakovanie s tvorcom tohto modelu CAD.

Postup je nasledovný:

• Vytlačte skúšobný diel s použitím vybraného filamentu a nastaveniami rezacieho nástroja, ktoré plánujete použiť.
• Zmerajte a zadajte do tabuľky (moja je zdieľaná na adrese //docs.google.com/spreadsheets/d/14Nqzy8B2T4-O4q95d4unt6nQt4gQbnZm_qMQ-7PzV_I/edit?usp=sharing).
• Aktualizácia nastavení krájača

Chcete použiť tento hárok Google a vytvoriť novú kópiu, ktorú môžete upravovať sami z čerstvého stavu. Podrobnejšie pokyny nájdete na stránke Thingiverse.

Ak chcete naozaj presnú kompenzáciu, môžete iteráciu spustiť dvakrát, ale výrobca tvrdí, že na dosiahnutie tolerancie 100um (0,01 mm) na 150 mm diele stačila len jedna iterácia.

Jeden používateľ povedal, že jednoducho škáluje svoje modely na 101 % a funguje mu to celkom dobre. Je to naozaj jednoduchý spôsob, ale môže byť úspešný pre rýchle výsledky.

Môžete tiež využiť nastavenie nazývané horizontálna expanzia, ktoré upravuje veľkosť vašich 3D výtlačkov v rozmeroch X/Y, aby sa kompenzovali zmeny veľkosti pri chladnutí a zmenšovaní modelu.

Ak si modely vytvárate sami, môžete tolerancie upraviť na samotnom modeli a s väčšou praxou začnete byť schopní odhadnúť správne tolerancie pre váš konkrétny návrh.