Хоча 3D-друк створює досить детальні моделі, які виглядають майже ідентично зображенню в САПР, точність розмірів і допуски не є абсолютно ідентичними. Це так звана усадка, яка трапляється при 3D-друці, і яку ви, ймовірно, навіть не помічаєте.

Я подумав про те, наскільки сильно відбувається усадка при 3D-друці - ідеальне питання для тих, хто хоче створювати функціональні об'єкти, що вимагають жорстких допусків, тому я вирішив з'ясувати це і поділитися з вами, хлопці.

У цій статті ми розповімо про те, що таке усадка, на скільки відсотків ваші 3D-друки можуть зменшитися, а також про ефективні способи компенсації усадки.

Що таке усадка в 3D-друку?

Усадка в 3D-друці - це зменшення розмірів кінцевої моделі внаслідок зміни температури від розплавленого термопластика до охолоджених екструдованих шарів матеріалу.

Під час друку екструдер розплавляє друкарську нитку для створення 3D-моделі, і під час цього процесу матеріал розширюється. Після того, як шари починають охолоджуватися одразу після екструзії, це призводить до збільшення щільності матеріалу, але зменшення його розміру.

Більшість людей не усвідомлюють, що це відбувається, поки не отримають модель, яка вимагає трохи більшої точності розмірів.

Усадка не є проблемою під час друку естетичних моделей, таких як картини, вази та іграшки. Коли ми починаємо працювати з об'єктами, які мають жорсткі допуски, наприклад, з корпусом телефону або кріпленням, що з'єднує об'єкти разом, усадка стає проблемою, яку потрібно вирішувати.

Це відбувається майже в кожному процесі 3D-друку через коливання температури. Але швидкість, з якою це відбувається, залежить від кількох факторів.

Ці фактори - використовуваний матеріал, температура, технологія друку та час затвердіння відбитків смоли.

З усіх цих факторів, мабуть, найважливішим фактором, що впливає на усадку, є використаний матеріал.

Тип використовуваного матеріалу впливає на те, наскільки сильно зменшиться модель.

Температура друку і швидкість охолодження також є важливими факторами. Усадка може статися, якщо модель друкується при високій температурі або охолоджується занадто швидко, а це означає, що високотемпературні пластмаси більш схильні до усадки.

Швидке нерівномірне охолодження може навіть призвести до деформації, яка може пошкодити модель або взагалі зіпсувати друк. Більшість з нас стикалися з такою деформацією, незалежно від того, чи виникає вона через протяги або просто в дуже холодній кімнаті.

Нещодавно я впровадив нову технологію, яка допомогла мені впоратися з викривленням, - це використання теплоізоляційного килимка HAWKUNG з підігрівом під Ender 3. Він не тільки допомагає з викривленням, але й пришвидшує час нагрівання та підтримує більш стабільну температуру в ліжку.

Нарешті, тип використовуваної технології друку також визначає ступінь усадки моделі. Дешевші технології, такі як FDM, зазвичай не можуть бути використані для виготовлення високоякісних деталей з жорсткими допусками.

Технології SLS і металоструменевого напилення виправдовують свою високу ціну, створюючи точні моделі.

На щастя, існує безліч способів врахувати усадку, що дозволяє нам виготовляти точні за розмірами деталі без зайвого клопоту, хоча вам потрібно знати правильні методи.

Наскільки усаджуються відбитки з ABS, PLA та PETG?

Як ми вже згадували раніше, швидкість усадки значною мірою залежить від типу використовуваного матеріалу. Вона варіюється від матеріалу до матеріалу. Давайте розглянемо три найпоширеніші матеріали для 3D-друку і те, як вони протистоять усадці:

НВАК

PLA - це органічний біорозкладний матеріал, який також використовується у FDM-принтерах. Це один з найпопулярніших матеріалів для 3D-друку, оскільки він легко піддається друку і є нетоксичним.

PLA має незначну усадку - від 0,2% до 3%, оскільки це низькотемпературний термопластик.

Нитки PLA не потребують високих температур для екструзії, температура друку становить близько 190 ℃, що менше, ніж у ABS.

Усадку PLA також можна зменшити, друкуючи в закритому середовищі або просто збільшуючи масштаб моделі, щоб компенсувати усадку.

Це працює, тому що зменшує швидкі зміни температури і знижує фізичне навантаження на модель.

Я думаю, що ці показники усадки залежать від бренду і процесу виробництва, і навіть від кольору самої нитки. Деякі люди виявили, що темні кольори мають тенденцію до більшої усадки, ніж світлі.

ABS

АБС - це друкований матеріал на нафтовій основі, що використовується у FDM-принтерах. Він широко застосовується завдяки своїй високій міцності, термостійкості та універсальності. Його можна знайти у всьому - від корпусів телефонів до Лего.

АБС має дуже високу усадку, тому якщо вам потрібен точний 3D-друк, я б намагався уникати його використання. Я бачив, як люди коментували усадку від 0,8% до 8%.

Я впевнений, що це екстремальні випадки, і ви зможете зменшити цей показник за допомогою правильних налаштувань, але це гарний приклад того, наскільки поганою може бути усадка.

Один з основних способів зменшити усадку - друк при правильній температурі нагрівального шару.

Використання правильно відкаліброваного нагрівального шару допомагає адгезії першого шару, а також запобігає занадто швидкому охолодженню нижнього шару, щоб уникнути деформації решти відбитка.

Ще одна порада для зменшення усадки - друкувати в закритій камері. Це ізолює 3D-друк від зовнішніх потоків повітря, щоб він не охолоджувався нерівномірно.

Закрита камера підтримує стабільну температуру, близьку до температури пластику, до завершення друку, і всі секції можуть охолоджуватися з однаковою швидкістю.

Чудовий корпус, яким користуються тисячі людей, - це вогнетривкий і пилонепроникний корпус Creality від Amazon. Він підтримує постійну температуру і дуже простий в установці та обслуговуванні.

Крім того, вона забезпечує більшу безпеку з точки зору пожеж, зменшує звукові викиди та захищає від накопичення пилу.

PETG

PETG - ще один широко використовуваний матеріал для 3D-друку завдяки своїм феноменальним властивостям. Він поєднує в собі структурну міцність і в'язкість ABS з легкістю друку і нетоксичністю PLA.

Це робить його придатним для використання в багатьох сферах, де потрібна висока міцність і безпека матеріалів

Нитки PETG мають найнижчу усадку - 0,8%. 3D-моделі, виготовлені з PETG, мають відносно стабільні розміри порівняно з іншими. Це робить їх ідеальними для виготовлення функціональних відбитків, які повинні відповідати досить суворим допускам.

Щоб компенсувати або зменшити усадку відбитків PETG, перед друком модель можна масштабувати на 0,8%.

Як правильно компенсувати усадку в 3D-друці

Як ми бачили вище, усадку можна зменшити кількома способами. Але факт залишається фактом: незалежно від того, що ви робите, усадку неможливо усунути. Ось чому рекомендується спробувати врахувати усадку під час підготовки моделі до друку.

Правильна компенсація усадки допомагає врахувати зменшення розмірів моделей. Деякі програми для друку постачаються з пресетами, які автоматично роблять це за вас, але здебільшого це доводиться робити вручну.

Розрахунок типу компенсації усадки залежить від трьох факторів: використовуваного матеріалу, температури друку та геометрії моделі.

Всі ці фактори разом узяті дадуть уявлення про те, наскільки очікується скорочення тиражу і як це компенсувати.

Отримання правильної усадки також може бути ітеративним процесом, інакше відомим як прості спроби і помилки. Швидкість усадки може навіть відрізнятися для різних марок одного і того ж типу матеріалу.

Отже, відмінний спосіб виміряти і кількісно оцінити усадку - це спочатку роздрукувати тестовий зразок і виміряти усадку. Отримані дані можна використовувати для створення математично обґрунтованої компенсації швидкості усадки.

Чудовий спосіб виміряти усадку - скористатися цим об'єктом розрахунку усадки від Thingiverse. Один користувач описав його як "Один з найкращих інструментів загального калібрування". Багато інших користувачів висловлюють подяку розробнику цієї CAD-моделі.

Дії відбуваються наступним чином:

• Надрукуйте тестову деталь, використовуючи обрану вами нитку і налаштування різака, які ви плануєте використовувати.
• Виміряйте та внесіть дані в електронну таблицю (мою можна знайти за посиланням //docs.google.com/spreadsheets/d/14Nqzy8B2T4-O4q95d4unt6nQt4gQbnZm_qMQ-7PzV_I/edit?usp=sharing).
• Оновлення налаштувань слайсера

Ви хочете використати цей аркуш Google і зробити нову копію, яку ви зможете редагувати самостійно. Ви знайдете інструкції на сторінці Thingiverse для отримання більш детальної інформації.

Якщо вам потрібна дійсно точна компенсація, ви можете запустити ітерацію двічі, але виробник стверджує, що однієї ітерації було достатньо, щоб отримати допуск 100 мкм (0,01 мм) на 150-міліметровій деталі.

Один користувач сказав, що він просто масштабує свої моделі на 101%, і це дуже добре для нього працює. Це дійсно простий спосіб дивитися на речі, але він може бути успішним для отримання швидких результатів.

Ви також можете скористатися параметром горизонтального розширення, який регулює розмір ваших 3D-друків у вимірі X/Y, щоб компенсувати зміни розміру, коли модель охолоджується і стискається.

Якщо ви створюєте моделі самостійно, ви можете налаштувати допуски на самій моделі, а з більшою практикою ви почнете вгадувати правильні допуски відповідно до вашого конкретного дизайну.