3D-printer 3D-printimine: kujundus-to-prindimiseks, töövoog, materjalid ja posti-töötlemine
Lisandite tootmise revolutsioon on muutnud füüsiliste objektide kontseptsiooni, kujundamise ja tootmise viisi. 3D-printimise tehnoloogia, mis kunagi piirdus tööstuslike prototüüpide valmistamise rajatistega, on muutunud kättesaadavaks harrastajatele, koolitajatele, ettevõtjatele ja professionaalidele erinevates valdkondades. Täieliku töövoo mõistmine-algsest kujunduskontseptsioonist materjali valiku kaudu kuni-järeltöötlustehnikani-on oluline kõigile, kes soovivad selle transformatiivse tehnoloogia potentsiaali täielikult ära kasutada.
Töövoog kujundus-prindimiseks-
Teekond digitaalsest kontseptsioonist füüsilise objektini järgib süstemaatilist töövoogu, mis nõuab igas etapis hoolikat tähelepanu. 3D-printimise edu ei sõltu ainult teie printeri kvaliteedist, vaid ka sellest, kui hästi te oma disainifaile ette valmistate ja haldate.
Kontseptualiseerimine ja CAD-disain
Iga 3D-prinditud objekt saab alguse digitaalsest mudelist. Arvuti-tarkvara (CAD) on nende mudelite loomise peamine tööriist. Populaarsed valikud on Fusion 360, SolidWorks, Tinkercad algajatele ja Blender orgaaniliseks modelleerimiseks. Tarkvara valik sõltub teie konkreetsetest vajadustest,{6}}mehaaniliste osade jaoks on vaja parameetrilisi CAD-tööriistu, samas kui kunstiliste skulptuuride jaoks on kasulikud skulptuuridele{7}} keskendunud rakendused.
3D-printimiseks projekteerimisel peavad teie tööd juhtima teatud põhimõtted. Seina paksus on oluline; liiga õhuke ja printimine võib ebaõnnestuda või anda hapraid tulemusi, liiga paks ja raiskate materjali ja aega. Enamik FDM-printereid nõuab konstruktsiooni terviklikkuse tagamiseks minimaalset seinapaksust 1-2 mm. Üleulatuvad osad kujutavad endast veel üht väljakutset-üle 45-kraadise nurga korral on tavaliselt vaja tugistruktuure, mis muudavad keerukamaks ja lisavad järeltöötlust.
Disainikaalutluste hulka kuulub ka lisaainete tootmise kihi --kihi arvestamine. Erinevalt traditsioonilistest lahutamismeetoditest ehitab 3D-printimine objektid alt üles, mis tähendab, et teie mudeli orientatsioon printimise ajal mõjutab tugevust, pinna kvaliteeti ja teostatavust. Mööda kihijooni pingestatud osad on nõrgemad kui kihtidega risti pingestatud osad, mistõttu on orientatsioon kriitilise struktuuriotsusega.
Failide ettevalmistamine ja viilutamine
Kui teie CAD-mudel on valmis, tuleb see eksportida STL-i (Standard Triangle Language) või OBJ-failina. Need vormingud kujutavad teie 3D-geomeetriat kolmnurkade võrguna, mida viilutamistarkvara saab tõlgendada. Enne viilutamist kontrollige oma failis vigu-mitte-kollektori servad, ümberpööratud normaalväärtused ja võrgus olevad augud võivad põhjustada printimistõrkeid.
Viilutamise tarkvara toimib sillana teie 3D-mudeli ja printeri vahel. Sellised programmid nagu Cura, PrusaSlicer ja Simplify3D muudavad teie tahke mudeli tööradade seeriaks-spetsiifilisteks juhisteks, mis annavad printerile teada, kuhu materjal asetada, kui kiiresti liikuda ja millisel temperatuuril töötada. See G-koodifail sisaldab tuhandeid individuaalseid käske, mida printimise ajal järjestikku täidetakse.
Viilutamise etapp pakub ulatuslikku kohandamist. Kihi kõrgus määrab eraldusvõime-väiksemad kihid (0,1-0,2 mm) annavad siledamad pinnad, kuid pikendavad printimisaega eksponentsiaalselt, samas kui suuremad kihid (0,3 mm+) prindivad kiiremini ja nähtavama sammuga. Täitemustrid ja tihedus mõjutavad tugevust ja materjalikasutust; 20% güroidi täitematerjal tagab enamiku rakenduste jaoks suurepärase tugevuse{8}}kaalu suhte. Prindikiirus, temperatuur, tagasitõmbeseaded ja jahutusparameetrid vajavad kohandamist vastavalt teie konkreetsetele materjali- ja mudelinõuetele.
Tugistruktuurid väärivad viilutamise ajal erilist tähelepanu. Need ajutised tellingud hoiavad printimise ajal üleulatuvaid elemente, kuid need tuleb hiljem eemaldada. Strateegilise toe paigutus vähendab materjali raiskamist ja{2}}järeltöötlust. Puutuged, mis on uuem uuendus, kasutavad hargnevaid struktuure, mis puudutavad mudelit vähemates punktides, jättes puhtamad pinnad ja kasutades vähem materjali kui traditsioonilised lineaarsed toed.
Trüki ettevalmistamine ja teostamine
Enne printimise alustamist on oluline printer korralikult ette valmistada. Voodi tasandamine tagab, et otsik hoiab kogu prindiala ulatuses ühtlase kauguse ehituspinnast. Isegi väikesed nivelleerimisprobleemid põhjustavad kleepumisprobleeme, kõverdumist või täielikku printimistõrget. Kaasaegsed printerid sisaldavad sageli automaatset vooditasandit, kuid käsitsi kontrollimine jääb heaks tavaks.
Voodi adhesioonitehnikad on olenevalt materjalist erinevad. PLA nakkub tavaliselt hästi maalriteibi, klaasi või PEI lehtedega. ABS nõuab kõrgemat kihi temperatuuri ja saab kasu sellistest pindadest nagu Kaptoni lint või ABS-pulber. PETG kleepub agressiivselt enamiku pindadega -mõnikord liiga hästi-, mistõttu on vaja kasutada eraldusaineid, nagu liimipulk, et vältida plaatide kahjustamist eemaldamise ajal.
Keskkonnategurid mõjutavad oluliselt printimise edukust. Tähtis on temperatuuri stabiilsus; tuuletõmbus põhjustab ebaühtlast jahtumist, mis põhjustab kõverdumist ja kihtide eraldumist. ABS nõuab eriti suletud prindikambreid, mis hoiavad ümbritseva õhu temperatuuri 40-50 kraadi. Niiskus mõjutab hõõgniidi kvaliteeti – paljud materjalid on hügroskoopsed, neelavad õhust niiskust, mis põhjustab printimise ajal mullitamist, nöörimist ja nõrka kihi nakkumist. Hõõgniidi õige ladustamine kuivatusainetega suletud mahutites säilitab materjali kvaliteedi.
Materjalid 3D-printimiseks
Materjali valik mõjutab põhjalikult nii trükiprotsessi kui ka lõpposa omadusi. Igal materjaliperel on erinevad eelised ja väljakutsed.
Termoplastid
PLA (polüimhape)domineerib tarbijate 3D-printimises tänu oma kasutuslihtsusele ja taimsele päritolule{1}}. See prindib suhteliselt madalal temperatuuril (190-220 kraadi), tekitab minimaalset kõverust ja ei vaja kuumutatud voodit,-kuigi see aitab. PLA biolagunevus meeldib keskkonnateadlikele kasutajatele, kuid see sama omadus muudab selle sobimatuks välistingimustes või kõrge temperatuuriga keskkondades. Osad hakkavad pehmenema umbes 60 kraadi võrra, piirates funktsionaalseid rakendusi. Kuid PLA suurepärane detailide reprodutseerimine ja lai värvivalik muudavad selle ideaalseks prototüüpide, dekoratiivesemete ja õppemudelite jaoks.
ABS (akrüülnitriilbutadieenstüreen)pakub PLA-ga võrreldes suurepäraseid mehaanilisi omadusi ja temperatuurikindlust. Sama plastik, mida kasutatakse LEGO klotsides ja autokomponentides, ABS talub kuni 100 kraadi temperatuuri ja tagab hea löögikindluse. Kuid ABS nõuab hoolikamat printimist-kõrgeid temperatuure (230-250 kraadi), soojendusega voodeid (80–110 kraadi) ja suletud kambrid hoiavad ära diferentsiaaljahutusest põhjustatud väändumise. ABS eraldab printimise ajal ka stüreeniaure, mistõttu on vaja head ventilatsiooni. Atsetooni auruga silumine võib muuta töötlemata ABS-prindid läikivateks, professionaalse välimusega osadeks.
PETG (polüetüleentereftalaatglükool)ületab lõhe PLA lihtsuse ja ABS-i tugevuse vahel. See toidukindel materjal (sama plastik veepudelites) prindib peaaegu sama lihtsalt kui PLA, pakkudes samal ajal paremat temperatuurikindlust, vastupidavust ja keemilist vastupidavust. PETG kerge paindlikkus hoiab ära rabeda rikke, mistõttu on see suurepärane funktsionaalsete osade jaoks. Selle läbipaistvad variandid võimaldavad kasutada optilisi rakendusi. Peamine puudus on see, et agressiivsed nakkepinnad{5}}osad võivad nakkuda nii tugevalt, et need kahjustavad ehituspindu, ja prinditud objektide vahele kleepimine nõuab hoolikat tagasitõmbamise häälestamist.
TPU ja TPE (termoplastne polüuretaan / elastomeer)tutvustada 3D-printimisele paindlikkust. Need kummist{2}}taolised materjalid võimaldavad kasutada tihendeid, telefoniümbriseid, painduvaid hingesid ja kantavaid esemeid. Painduvate filamentide printimine nõuab erilisi kaalutlusi-otseajamiga ekstruuderid töötavad paremini kui Bowdeni seadistused, aeglane printimiskiirus hoiab ära hõõgniidi paindumise ja minimaalne tagasitõmbamine väldib kinnikiilumist. Shore'i kõvaduse reitingud näitavad paindlikkust; 85A tundub nagu tossu tald, samas kui 60A meenutab kummikuid.
Tehnika- ja erimaterjalid
Nailon (polüamiid)pakub erakordset tugevust, paindlikkust ja kulumiskindlust. Professionaalsed rakendused eelistavad funktsionaalsete osade, hammasrataste ja mehaaniliste komponentide jaoks nailonit. Kuid nailoni hügroskoopsus on äärmuslik-kiud imab niiskust kiiresti, mistõttu tuleb seda hoida kuivades kastides ja sageli enne printimist kuivatada. Kõrge printimistemperatuur (240–260 kraadi) ja tugev kalduvus kõverduda nõuavad suletud kambreid ja hoolikat aluspinna nakkumise strateegiat.
Polükarbonaat (PC)esindab tarbijate 3D-printimise{0}}jõudlusega lõppu. 150-kraadise temperatuuritaluvuse, suurepärase löögitugevuse ja optilise selgusega arvuti sobib nõudlike rakendustega. Printimiseks on vaja kõrgeid temperatuure (270{6}}310 kraadi), täismetallist kuumiseadmeid ja hoolikalt kontrollitud keskkondi. Arvuti äärmuslik kleepuvus ja kõverdumine muudavad selle kogenud kasutajatele väljakutseks, kuid rahuldust pakkuvaks.
Komposiitkiudsegada aluspolümeere lisanditega-süsinikkiudude, puidu-, metalli- või kiviosakestega. Süsinikkiust komposiidid tagavad erakordse jäikuse ning tugevuse -ja-massi suhte lennunduses ja autotööstuses, kuigi abrasiivkiud nõuavad karastatud terasest pihustid. Puit{5}}täidisega filamentid loovad orgaanilise esteetika, mis sobib suurepäraselt kunstiprojektide jaoks, kusjuures värvus varieerub vastavalt trükitemperatuurile, et simuleerida puidusüüt. Metall-täidisega hõõgniidid lisavad kaalu ja metallist välimust, kuigi tõeliseks metallist 3D-printimiseks on vaja lisaks tavaseadmetele spetsiaalseid pulber-kihti või metalli ekstrusioonisüsteeme.
Postitus-töötlemistehnikad
Teie printerist väljuv osa esindab harva valmistoodet. Strateegiline{1}}järeltöötlus tõstab prindid ilmselgetest 3D-prinditud prototüüpidest viimistletud professionaalseteks tükkideks.
Eemaldamise ja puhastamise tugi
Esimene järel{0}}töötlusetapp hõlmab tugistruktuuride eemaldamist ja kõigi stringide või plekkide eemaldamist. Peamiste tööriistadena on nõel-tangid, loputuslõikurid ja hobinoad. Eemaldage toed ettevaatlikult, et vältida tegelike osade kahjustamist,{4}}kui viilutaja sätted olid õiged, peaksid toed liidesepunktides puhtalt lahti minema. Kangekaelsed toed võivad vajada väljatrükkide leotamist vees (PVA-tugede puhul) või limoneeni{6}}põhistes lahustites.
Pärast toe eemaldamist jäävad pinna ebatäiuslikkusest alles{0}}jäljed kinnitatud tugede kohta, nöörid funktsioonide vahel ja iseloomulikud kihijooned, mis määravad FDM-printimise. Edasise-järeltöötluse ulatus sõltub teie esteetilistest ja funktsionaalsetest nõuetest.
Lihvimine ja pinna silumine
Järk-järguline lihvimine läbi jämedama kuni peenemate teradega eemaldab kihijooned ja loob siledad pinnad. Alustage 100-200 karedusega liivapaberiga, et eemaldada märkimisväärne materjali, ulatudes kuni 400, 800, 1000 ja potentsiaalselt 2000+ liivapaberiga-klaasi sileda viimistluseni. Suuremate teradega märglihvimine hoiab ära ummistumise ja annab suurepärase tulemuse. See protsess on töömahukas, kuid muudab väljatrükke dramaatiliselt.
Keemiline silumine pakub teatud materjalidele kiiremaid alternatiive. ABS reageerib kaunilt atsetooniauru siluvale -keeva atsetooni kohal olevate osade suspendeerimisel suletud kambris sulatab väliskihi, ise{2}}tasandudes läikivaks. See tehnika nõuab hoolikat kontrolli; üle-säritus sulatab peened detailid, samas kui-alasäritus jätab ebaühtlase pinna. PLA-d saab siluda spetsiaalsete toodetega, nagu PolySmooth ja Polymakeri aurude silumissüsteem, kuigi vähem tõhusalt kui ABS.
Alternatiivsed silumismeetodid hõlmavad täitepraimerite -sprei-kandmist kruntidele, mis on mõeldud kihijoonte täitmiseks enne värvimist. Mitu õhukest kihti, millest igaüks on siledaks lihvitud, moodustab pinna, mis varjab täielikult trükitud päritolu. Epoksiidvaigukatted tagavad veekindla ja ülisileda viimistluse, kuid lisavad märkimisväärselt kaalu.
Värvimine ja viimistlus
Nõuetekohane pinna ettevalmistamine teeb vahet amatöör- ja professionaalse välimusega-maalitud väljatrükkide vahel. Krunt täidab kahte eesmärki,-parandades värvi nakkumist ja andes ühtlase alusvärvi. Autode kruntvärvid sobivad suurepäraselt 3D-printide jaoks, saadaval pihustuspurkides või aerograafilistes koostistes.
Akrüülvärvid sobivad enamiku rakenduste jaoks -vee-baasil, nõrga-lõhnaga ja saadaval lugematutes värvides. Õhuke mitu kihti annab paremaid tulemusi kui üksikud paksud pealekandmised, mis varjavad detaile ja jooksevad pragudesse. Kuivharjamine tõstab esile tõstetud detailid, pesemine lisab süvenditele sügavust ning korralik esiletõstmine ja varjutamine loovad visuaalset huvi.
Läbipaistvad lakid kaitsevad värvitud viimistlust ja kohandavad lõplikku välimust. Matt, satiin ja läikiv läbipaistev lakk loovad igaüks erineva esteetika. Mitu õhukest kihti takistavad jooksmist ja saavutavad ühtlase katvuse. Välistingimustes või suure-kulumise korral tagavad auto-klassi läbipaistvad lakid suurepärase vastupidavuse.
Täiustatud viimistlustehnikad
Metallik viimistlus tõstab trükised teisele tasemele. Metallkatte teenused võivad galvaniseerida ABS-printe tegeliku nikli, vase või kroomiga, luues ehedalt metallpinnad, mida ei erista valatud metallist. Isetegemisvõimaluste hulka kuuluvad metallilised pihustusvärvid ja poleerivad metallkatted, mis saavutavad harjutamisel veenvaid tulemusi.
Nailonist või naturaalset{0}}värvi PETG osade värvimine kangavärvidega loob erksad värvid, mis tungivad läbi materjali, mitte ei jää pinnale. See tehnika annab värvikindla, kulumiskindla-viimistluse, mis värviga on võimatu.
Mitme prinditud osa ühendamiseks suuremateks sõlmedeks on vaja sobivaid liime. Tsüanoakrülaat (superliim) seob enamiku plastist kiiresti, kuigi rabedad sidemed võivad pinge all ebaõnnestuda. Kahe-osalised epoksiidid tagavad tugevamad ja paindlikumad sidemed. Plastikust keevitamine jootekolvi või kuuma õhuga sulatab algmaterjali kokku, et luua sama materjali osade vahel sujuvad ja tugevad ühendused.
Järeldus
3D-printimise valdamine nõuab kogu töövoo mõistmist kontseptsioonist kuni viimistluseni. Iga etapp pakub võimalusi optimeerimiseks ja loovuseks. Kujundusvalikud mõjutavad prinditavust ja tugevust. Materjali valik määrab ära võimalused ja piirangud. Viilutamise parameetrid tasakaalustavad kvaliteeti, kiirust ja töökindlust. Järeltöötlemine{6}} muudab töötlemata trükised poleeritud toodeteks.
Tehnoloogia arenedes muutub 3D-printimine samaaegselt võimekamaks ja ligipääsetavamaks. Mitme-materjaliga printerid, kiirem printimiskiirus, tugevamad materjalid ja nutikam tarkvara laiendavad pidevalt võimalusi. Põhiprintsiibid jäävad siiski püsivaks-hoolikas disain, sobiv materjalivalik, õiged trükiparameetrid ja oskuslik viimistlus eraldavad erakordsed tulemused keskpärastest.
Olenemata sellest, kas toodetakse funktsionaalseid mehaanilisi osi, kunstilisi skulptuure, haridusmudeleid või kiireid prototüüpe, 3D-printimise edu saavutab selle käsitlemine tervikliku protsessina. Iga otsus lainetab läbi järgnevate etappide. Hästi-disainitud osa prindib hõlpsalt ja nõuab minimaalset-järeltöötlust. Õige materjali valik rakenduse jaoks tagab, et valmistoode toimib ettenähtud viisil. Kannatlik ja oskuslik viimistlustöö tõstab iga trükise professionaalse kvaliteediga.
Tootmise demokratiseerimine 3D-printimise kaudu annab inimestele võimaluse luua füüsilisi objekte, mis varem vajasid tööstusrajatisi. Disaini,-printimise-töövoo, materjali omaduste ja järel-töötlustehnika mõistmine ja valdamine avab selle potentsiaali, muutes digitaalse kujutlusvõime käegakatsutavaks reaalsuseks.