Čeprav 3D-tisk omogoča izdelavo zelo podrobnih modelov, ki so videti skoraj identični sliki CAD, pa natančnost dimenzij in tolerance niso popolnoma enake. Gre za tako imenovano krčenje, ki se pri 3D-tisku zgodi tako, da ga verjetno niti ne opazite.

Razmišljal sem o tem, koliko krčenja se pojavi pri 3D izpisih, kar je idealno vprašanje za tiste, ki želijo ustvariti funkcionalne predmete, ki zahtevajo stroge tolerance, zato sem se odločil, da to ugotovim in delim z vami.

V tem članku bomo opisali, kaj je krčenje, za koliko se bodo vaši 3D-odtisi verjetno skrčili in kakšno dobro nadomestilo za krčenje lahko uporabite.

Kaj je krčenje pri 3D tiskanju?

Krčenje pri 3D tiskanju je zmanjšanje velikosti končnega modela zaradi temperaturnih sprememb od staljenega termoplasta do ohlajenih plasti iztisnjenega materiala.

Med tiskanjem ekstruder topi tiskalniško filament, da ustvari 3D-model, material pa se med tem procesom razširi. Ko se plasti začnejo ohlajati takoj po ekstrudiranju, se poveča gostota materiala, vendar se zmanjša njegova velikost.

Večina ljudi se tega ne bo zavedala, dokler ne bo imela modela, ki zahteva nekoliko večjo dimenzijsko natančnost.

Krčenje ni težava pri tiskanju estetskih modelov, kot so umetniška dela, vaze in igrače. Ko začnemo tiskati predmete z majhnimi tolerancami, kot je ohišje telefona ali nosilec, ki povezuje predmete skupaj, bo krčenje postalo težava, ki jo je treba rešiti.

Zaradi temperaturnih nihanj se pojavlja pri skoraj vsakem postopku 3D-tiskanja. Vendar je hitrost, s katero se pojavlja, odvisna od nekaj dejavnikov.

Ti dejavniki so uporabljeni material, temperatura, tehnologija tiskanja in čas strjevanja odtisov iz smole.

Od vseh teh dejavnikov je morda najpomembnejši dejavnik, ki vpliva na krčenje, uporabljeni material.

Vrsta uporabljenega materiala vpliva na to, koliko se bo model skrčil.

Pomembna dejavnika sta tudi temperatura tiskanja in hitrost hlajenja. Do krčenja lahko pride, če je model natisnjen pri visoki temperaturi ali prehitro ohlajen, kar pomeni, da se plastika pri višjih temperaturah pogosteje krči.

Hitro neenakomerno ohlajanje lahko povzroči celo deformacije, ki lahko poškodujejo model ali popolnoma uničijo tisk. Večina nas je že imela izkušnje s takšnimi deformacijami, bodisi zaradi prepiha bodisi zaradi zelo hladnega prostora.

Nekaj, kar mi je pomagalo pri izkrivljanju in kar sem pred kratkim uvedel, je uporaba HAWKUNGove ogrevane izolacijske podloge za posteljo pod mojim Enderjem 3. Ne samo, da pomaga pri izkrivljanju, temveč tudi pospešuje čas ogrevanja in ohranja bolj konsistentno temperaturo postelje.

Vrsta uporabljene tehnologije tiskanja določa tudi obseg krčenja modela. S cenejšimi tehnologijami, kot je FDM, običajno ni mogoče izdelati visokokakovostnih delov s strogimi tolerancami.

Tehnologiji SLS in brizganja kovin opravičujeta svojo visoko ceno z izdelavo natančnih modelov.

Na srečo obstaja veliko načinov za upoštevanje krčenja, ki nam omogočajo izdelavo dimenzijsko natančnih delov brez večjih težav, vendar morate poznati prave tehnike.

Koliko se skrčijo odtisi ABS, PLA in PETG?

Kot smo že omenili, je stopnja krčenja močno odvisna od vrste uporabljenega materiala. Od materiala do materiala se razlikuje. Oglejmo si tri najpogosteje uporabljene materiale za 3D tiskanje in kako se obnesejo pri krčenju:

PLA

PLA je organski, biološko razgradljiv material, ki se uporablja tudi v tiskalnikih FDM. Je eden najbolj priljubljenih materialov, ki se uporabljajo pri 3D-tiskanju, saj je z njim enostavno tiskati, poleg tega pa ni strupen.

PLA trpi zaradi majhnega krčenja, slišite stopnje krčenja med 0,2 %, do 3 %, saj je termoplast z nižjo temperaturo.

PLA filamenti ne potrebujejo visokih temperatur za ekstrudiranje, temperatura tiskanja je približno 190 ℃, kar je manj kot pri ABS.

Krčenje PLA lahko zmanjšate tudi s tiskanjem v zaprtem okolju ali s preprostim povečanjem modela, da bi nadomestili krčenje.

To je učinkovito, saj se tako zmanjšajo hitre temperaturne spremembe in zmanjša fizična obremenitev modela.

Mislim, da so te stopnje krčenja odvisne od blagovne znamke in proizvodnega postopka ter celo od barve filamenta. Nekateri so ugotovili, da se temnejše barve krčijo bolj kot svetlejše.

ABS

ABS je tiskarski material na osnovi nafte, ki se uporablja v tiskalnikih FDM. Zaradi visoke trdnosti, toplotne odpornosti in vsestranskosti se pogosto uporablja. Uporablja se za vse, od ohišij za telefone do legokock.

ABS ima zelo visoko stopnjo krčenja, zato bi se izogibal njegovi uporabi, če potrebujete dimenzijsko natančne 3D izpise. Videl sem, da so ljudje komentirali stopnje krčenja od 0,8 % do 8 %.

Prepričan sem, da gre za skrajne primere in da bi jih lahko s pravo nastavitvijo zmanjšali, vendar je to dober prikaz, ki ponazarja, kako hudo je lahko krčenje.

Eden od glavnih načinov za zmanjšanje krčenja je tiskanje pri pravih temperaturah ogrevane posteljice.

Uporaba pravilno umerjene ogrevane posteljice pomaga pri oprijemu prve plasti in preprečuje, da bi se spodnja plast ohladila prehitro kot preostali del tiska, da bi se izognili deformacijam.

Še en nasvet za zmanjšanje krčenja je tiskanje v zaprti komori. 3D tisk je tako izoliran od zunanjih zračnih tokov in se ne ohlaja neenakomerno.

Zaprta komora ohranja stalno temperaturo, ki je blizu plastične, dokler tiskanje ni končano, vsi deli pa se lahko hladijo enako hitro.

Odlično ohišje, ki ga je uporabljalo in v njem uživalo na tisoče ljudi, je ognjevarno in protiprašno ohišje Creality iz trgovine Amazon. Ohranja stalno temperaturno okolje in ga je zelo enostavno namestiti in vzdrževati.

Poleg tega zagotavlja večjo varnost pri požarih, zmanjšuje emisije zvoka in ščiti pred nabiranjem prahu.

PETG

PETG je zaradi svojih fenomenalnih lastnosti še en pogosto uporabljen material za 3D tiskanje. Združuje strukturno trdnost in žilavost ABS z enostavnostjo tiskanja in nestrupenostjo PLA.

Zaradi tega je primeren za uporabo v številnih aplikacijah, ki zahtevajo visoko trdnost in varnost materiala.

Filamenti PETG imajo najnižjo stopnjo krčenja, in sicer 0,8 %. 3D modeli, izdelani s PETG, so v primerjavi z drugimi modeli razmeroma dimenzijsko stabilni, zato so idealni za izdelavo funkcionalnih odtisov, ki morajo ustrezati nekoliko strožjim tolerancam.

Za izravnavo ali zmanjšanje krčenja pri odtisih PETG lahko model pred tiskanjem povečate za faktor 0,8 %.

Kako doseči pravo kompenzacijo krčenja pri 3D tiskanju

Kot smo videli zgoraj, je mogoče krčenje zmanjšati na več načinov. Vendar pa je dejstvo, da krčenja ni mogoče odpraviti, ne glede na to, koliko delamo, zato je dobra praksa, da pri pripravi modela za tiskanje poskušamo krčenje upoštevati.

Pravilna kompenzacija krčenja pomaga upoštevati zmanjšanje velikosti modelov. Nekatere programske opreme za tiskanje so opremljene s prednastavitvami, ki to samodejno opravijo namesto vas, večinoma pa je to treba storiti ročno.

Izračun vrste kompenzacije krčenja, ki jo je treba uporabiti, je odvisen od treh stvari: uporabljenega materiala, temperature tiskanja in geometrije modela.

Na podlagi vseh teh dejavnikov skupaj lahko ugotovite, koliko se bo tisk predvidoma skrčil in kako to nadomestiti.

Pravilno krčenje je lahko tudi ponavljajoč se proces, znan tudi kot poskus in napaka. Stopnja krčenja se lahko celo razlikuje med različnimi blagovnimi znamkami iste vrste materiala.

Zato je odličen način za merjenje in količinsko opredelitev krčenja ta, da najprej natisnete testni model in izmerite krčenje. Pridobljene podatke lahko nato uporabite za oblikovanje matematično utemeljenega nadomestila za stopnjo krčenja.

Odličen način za merjenje krčenja je uporaba tega predmeta za izračun krčenja s spletišča Thingiverse. Eden od uporabnikov ga je opisal kot "Eno najboljših splošnih orodij za umerjanje". Številni drugi uporabniki se zahvaljujejo izdelovalcu tega modela CAD.

Koraki so naslednji:

• Testni del natisnite z izbranim filamentom in nastavitvami rezalnika, ki jih nameravate uporabiti.
• Izmerite in vnesite podatke v preglednico (moja je v skupni rabi na naslovu //docs.google.com/spreadsheets/d/14Nqzy8B2T4-O4q95d4unt6nQt4gQbnZm_qMQ-7PzV_I/edit?usp=sharing).
• Posodobitev nastavitev rezalnika

Uporabite to Googlovo tabelo in ustvarite novo kopijo, ki jo boste lahko urejali od začetka. Navodila za več podrobnosti najdete na strani Thingiverse.

Če želite res natančno kompenzacijo, lahko iteracijo izvedete dvakrat, vendar proizvajalec pravi, da je bila dovolj že ena iteracija, da so na 150 mm dolgem delu dosegli toleranco 100um (0,01 mm).

En uporabnik je dejal, da svoje modele preprosto skalira na 101 % in da mu to precej dobro deluje. To je zelo preprost način gledanja na stvari, vendar je lahko uspešen za hitre rezultate.

Uporabite lahko tudi nastavitev, imenovano vodoravna razširitev, ki prilagodi velikost 3D izpisov v dimenziji X/Y in tako izravna spremembe velikosti, ko se model ohladi in skrči.

Če modele izdelujete sami, lahko tolerance prilagodite na samem modelu, z več prakse pa boste lahko uganili pravilne tolerance za določeno zasnovo.