Az FDM technológiával történő 3D nyomtatás talán egyik legvonzóbb tulajdonsága az a fokú kontroll, amelyet a technológia a felhasználónak biztosít. Nemcsak azt választhatja ki szabadon, hogy melyik filament anyagot használja egy adott 3D modellhez, hanem a modellt is módosíthatja az igényeinek megfelelően. A 3D modell egyik módosítható aspektusa a “héj”.
Egyszerűen fogalmazva, a héj a 3D nyomtatott tárgy fala. Lényeges része a tervezésnek, és meghatározza a végső nyomtatás számos jellemzőjét. Mi a legjobb héjvastagság, és milyen tényezőket kell figyelembe venni a héjvastagság kiválasztásakor?
- Mi is az a 3D nyomtatási héj?
- A héjvastagság kiválasztásakor figyelembe veendő tényezők
- Szilárdság
- A felső és alsó rétegek stabilitása
- Filamentfogyasztás
- Az idő
- Az utófeldolgozási lehetőségek
- Ökölszabályok a héjvastagság beállításához
- Győződjön meg róla, hogy a héjvastagság a fúvóka átmérőjének többszöröse
- Ökölszabályos értékek alacsony, közepes és magas terheléshez
- Végső gondolatok
Mi is az a 3D nyomtatási héj?
Ez talán nem tűnik fel azonnal, de a legtöbb FDM eljárással 3D nyomtatott tárgy többnyire belül üreges. Ez egy olyan intézkedés, amely megtakarítja a költséges filament anyagot és a nyomtatási időt, így a 3D nyomtatás gazdaságosabb vállalkozássá válik. Ez az idő- és költségmegtakarítás azonban nem mentség arra, hogy olyan 3D nyomatokat készítsünk, amelyek túl könnyűek és gyenge minőségűek ahhoz, hogy bármilyen funkcionális értéket képviseljenek.
A 3D nyomtatott tárgy falát, beleértve a felső és alsó felületét, együttesen héjnak nevezzük. Bármely 3D nyomtatási projekt héjvastagsága könnyen beállítható a megfelelő szeletelőszoftver segítségével. A legtöbb esetben a héjvastagságot a fúvóka átmérőjének többszörösére állítják be.
A 3D nyomtatott tárgy szilárdságát és sűrűségét meghatározó tényezők teljesebb képének megrajzolásához méltányos lenne a héjak és a kitöltés fogalmát együtt tárgyalni. A kitöltés a héj belsejében lévő anyagminta, amely 10%-tól 100%-ig bárhol beállítható. Mind a kitöltés százalékos aránya, mind a minta beállítható a szeletelő szoftver segítségével.
A kitöltés és a héjvastagság megfelelő kombinációjának kiválasztásával különböző szilárdsági és sűrűségi értékek érhetők el bármely 3D nyomtatott tárgy esetében. Az erősséget és a tömeget egyensúlyba kell hozni a nyomtatás költségeivel és az egyetlen projekt befejezéséhez szükséges idővel, különösen, ha a 3D nyomtatást kereskedelmi szolgáltatásként kínálják.
A héjvastagság kiválasztása több különböző tényező közötti kompromisszum, így nincs általánosan helyes érték. A legmegfelelőbb héjvastagság az, amely figyelembe veszi a 3D nyomtatásra szánt tárgy tervezett felhasználását és más tényezőket, például a gazdaságosságot és az átfutási időt. Hogy segítsen meghatározni a legmegfelelőbb beállításokat, akkor itt vannak a legfontosabb szempontok, amelyeket figyelembe kell vennie:
Szilárdság
Nyilvánvaló, hogy egy vastagabb héj erősebb és robusztusabb terméket eredményez. Ha az Ön termékének nehéz, tartós vagy rendszeres terhelésnek kell ellenállnia, akkor a fúvóka átmérőjének három-négyszeresét kitevő héjvastagság jó választás lehet. A héj szilárdsága akkor is szerepet játszik, ha a terméket szögekkel vagy csavarokkal fogják rögzíteni.
A felső és alsó rétegek stabilitása
A legtöbb szeletelőszoftver lehetőséget kínál a felső és alsó rétegek különböző héjvastagságának beállítására. Ez csak akkor érvényes, ha a modellt függőlegesen nyomtatja ki, vagy abban a tájolásban, amelyben azt használni kívánja.
Ezt a lehetőséget azért kínálják, mert lehetővé teszi az erősebb alapokkal rendelkező objektumok tervezését, amelyek “alulról nehezebbek” a nagyobb stabilitás érdekében. A különbség általában nem olyan nagy – a fúvóka átmérőjének egy-két intervalluma elég az említett előnyök eléréséhez.
Filamentfogyasztás
Ha 3D nyomtatóval tömegesen gyárt egy modellt, akkor az egyes termékekbe kerülő filament mennyisége valószínűleg számít Önnek. Ez egy másik terület, ahol az optimális héjvastagság kerül a képbe. A vastagabb héj olyan terméket hoz létre, amely erősebb és szép súlyú, de sok extra filamentet is fogyaszt.
Hogy ezt kontextusba helyezzük, a fúvóka átmérőjének egy- és kétszereséből a fúvóka átmérőjének kétszeresére növelve gyakorlatilag már megduplázza a 3D nyomtatott projekt héjába kerülő filament mennyiségét. Ennek óriási kihatásai lehetnek az egyetlen filamenttekercsből készíthető nyomatok számára.
Az idő
Az előző ponthoz kapcsolódóan egy több filamentet fogyasztó nyomat szükségszerűen hosszabb időt vesz igénybe. Ennek oka, hogy a fúvókának minden egyes rétegnél többször kell végighaladnia a modell kerületén. A teljes nyomtatási folyamat során a héj bármely további vastagsága több mint egy órával növelheti a nyomtatási időt.
Aki csak egyszeri mintákat nyomtat, annak valószínűleg nem túl jelentős a plusz nyomtatási idő. Nagy volumenű megrendelések esetén azonban ez problémás lehet. Ha egyetlen modell több példányának nyomtatását szeretné optimalizálni, akkor valószínűleg mind a héj-, mind a kitöltési beállításokat finomítani kell, hogy lerövidítse a nyomtatási időt anélkül, hogy a szerkezeti integritás túlságosan sérülne.
Az utófeldolgozási lehetőségek
Az FDM-nyomtatóval készült nyomat természetesen szabálytalan felülettel fog kijönni. Ez a technológia velejáró korlátja. Ez azt jelenti, hogy némi utófeldolgozásra lesz szükség, ha azt szeretné, hogy a nyomatok tökéletesen sima és polírozott megjelenésűek legyenek.
A megfelelő utófeldolgozási technikák a különböző filament anyagok esetében eltérőek. Egyes filamentek jól alkalmazhatók a megfelelő oldószerrel történő szelektív feloldáshoz, míg egyesek egy régimódibb, csiszolópapírral végzett technikát igényelnek.
Az utófeldolgozás minden esetben az anyag erózióját eredményezi a kész nyomat felületén. Ezt figyelembe kell vennie a tervezés során, különösen olyan projekteknél, ahol fontos a szilárdság és a keménység. A vastagabb héj nagyobb mozgásteret biztosít a kész nyomat egyenetlenségeinek csiszolásához és polírozásához anélkül, hogy a szerkezeti szilárdság drasztikus csökkenését okozná.
A ma használt szeletelő szoftverplatformok szinte könnyedén elvégzik a héjvastagság beállításának módosítását. Ez nagyon hasznos, ha még abban a fázisban van, amikor a nyomtató paramétereivel játszadozik, hogy megpróbálja a legjobb eredményt elérni. Íme néhány tipp a kezdéshez:
Ez nyilvánvalónak kellene lennie, de meg kell győződnie arról, hogy a héjvastagságra vonatkozó szeletelőprogram beállításai megfelelnek a fúvóka átmérőjének. Ez azt jelenti, hogy a héjvastagságnak a fúvóka átmérőjének többszörösének kell lennie.
Ez a fontos követelmény elmulasztása olyan héjakat eredményez, amelyekben a rétegek között üregek vannak. Ez természetesen érvényteleníti azokat a szerkezeti előnyöket, amelyeket egy vastagabb héjnak biztosítania kellett volna.
Ökölszabályos értékek alacsony, közepes és magas terheléshez
A héjvastagságra használandó pontos értékek meghatározása elsőre nehéz lehet. Egy kis próbálkozásra és hibázásra lesz szükség, mielőtt olyan eredményeket kap, amelyekkel elégedett lesz. A sikertelen nyomatok csökkentéséhez a következő ökölszabály szerinti értékeket használhatja, feltételezve, hogy 0,4 milliméter átmérőjű nyílással rendelkező fúvókát használ.
A legtöbb alkalmazáshoz tökéletesen elegendő lehet egy 0,8 milliméter vastagságú héj. Ez olyan alkatrészek esetében érvényes, amelyek várhatóan kis vagy közepes terhelést bírnak el, és nem kell csavarral rögzíteni őket. Ha ennél a beállításnál kisebb szilárdsági hiányosságok merülnek fel, akkor a kitöltés néhány finomításával a legtöbb problémát meg lehet oldani.
A nagy igénybevételre szánt vagy nagy terhelésnek kitett alkatrészek esetében akár 1,2 milliméteresre is felmehet. A szilárdság növekedése ezzel a beállítással igen jelentős. Emellett nagyobb felületet biztosít a csavarokkal vagy szögekkel történő rögzítéshez.
Ha az 1,2 milliméteres héj még mindig nem elég, akkor megfontolhatja egy nehezebb kitöltés hozzáadását. A vastagabb héj beállítása természetesen mindig egy lehetőség. A 3D-nyomtatás szinte minden normál alkalmazása azonban egészen jól teljesít 0,8 és 1,2 milliméter közötti héjvastagsággal.
Végső gondolatok
A 3D-nyomtatás egy rendkívül testre szabható gyártási folyamat, amely lehetővé teszi, hogy a szilárdsági, súly- és rugalmassági paraméterek széles skálájával tervezzen modelleket. A héjvastagság megadása, ha csak egy a sok lehetőség közül, amellyel a végtermék fizikai tulajdonságait szabályozhatja. Ebben az esetben a héjvastagság döntő szerepet játszik a nyomtatott alkatrész teljes szilárdságának, valamint súlyának és sűrűségének meghatározásában. A héjvastagság hozzárendelése meglehetősen egyszerű dolog