Everything You Need to Know About Shells in 3D Printing

Prawdopodobnie jedną z najbardziej atrakcyjnych rzeczy w druku 3D przy użyciu technologii FDM jest stopień kontroli jaki technologia ta oferuje użytkownikowi. Nie tylko masz swobodę wyboru materiału filamentu do wykorzystania w danym modelu 3D, ale możesz również modyfikować model, aby dopasować go do swoich potrzeb. Jednym z aspektów modelu 3D, który można modyfikować jest „powłoka.”

Prosto mówiąc, powłoka jest ścianą obiektu drukowanego w 3D. Są one istotną częścią projektu i określają wiele cech końcowego wydruku. Jaka jest najlepsza grubość powłoki do użycia i jakie czynniki należy wziąć pod uwagę przy jej wyborze?

Czym są powłoki w druku 3D?

Może nie być to od razu oczywiste, ale większość obiektów drukowanych 3D w FDM jest w większości pusta w środku. Jest to zabieg, który pozwala zaoszczędzić na kosztownym materiale filamentu i czasie druku, czyniąc tym samym druk 3D bardziej ekonomicznym przedsięwzięciem. Jednakże, ten sposób na zaoszczędzenie czasu i kosztów nie jest wymówką do tworzenia wydruków 3D, które są zbyt lekkie i cienkie dla jakiejkolwiek wartości funkcjonalnej.

Ściany obiektu drukowanego 3D, w tym jego górna i dolna powierzchnia, są wspólnie znane jako jego powłoka. Grubość powłoki każdego projektu druku 3D może być łatwo ustawiona przy użyciu odpowiedniego oprogramowania slicera. W większości przypadków, grubość powłoki będzie ustawiona na wielokrotność średnicy dyszy.

Aby namalować bardziej kompletny obraz czynników, które określają wytrzymałość i gęstość drukowanego obiektu 3D, byłoby sprawiedliwie omówić koncepcję powłoki i wypełnienia razem. Wypełnienie jest wzorem materiału wewnątrz powłoki, który może być ustawiony w dowolnym miejscu od 10% do 100%. Zarówno procent wypełnienia jak i wzór mogą być ustawione za pomocą oprogramowania slicera.

Wybierając odpowiednią kombinację wypełnienia i grubości powłoki, można osiągnąć różne wartości wytrzymałości i gęstości dla każdego obiektu drukowanego 3D. Wytrzymałość i waga muszą być zrównoważone z kosztem drukowania i czasem potrzebnym na ukończenie pojedynczego projektu, szczególnie jeśli druk 3D jest oferowany jako usługa komercyjna.

Faktory do rozważenia przy wyborze grubości powłoki

Wybór grubości powłoki jest kompromisem pomiędzy kilkoma różnymi czynnikami, tak że nie ma wartości, która jest uniwersalnie poprawna. Najbardziej odpowiednia grubość powłoki to taka, która bierze pod uwagę przeznaczenie obiektu, który będzie drukowany 3D oraz inne czynniki, takie jak ekonomia i czas realizacji. Aby pomóc Ci określić najbardziej odpowiednie ustawienia, oto najważniejsze aspekty, które należy wziąć pod uwagę:

Wytrzymałość

Oczywiście, grubsza powłoka sprawi, że produkt będzie mocniejszy i bardziej wytrzymały. Jeśli Twój produkt ma wytrzymać duże, trwałe lub regularne obciążenie, wtedy grubość powłoki trzy do czterech razy większa od średnicy dyszy będzie dobrym rozwiązaniem. Wytrzymałość powłoki będzie również wchodzić w grę, jeśli produkt będzie zakotwiczony przy użyciu gwoździ lub śrub.

Stabilność górnej i dolnej warstwy

Większość oprogramowania slicera będzie oferować opcję ustawienia innej grubości powłoki dla górnej i dolnej warstwy. Ma to zastosowanie tylko wtedy, gdy drukujesz model w sposób pionowy lub w orientacji, w której ma być używany.

Ta opcja jest oferowana, ponieważ pozwala na projektowanie obiektów z mocniejszymi podstawami, które są bardziej „dolne ciężkie” dla dodatkowej stabilności. Różnica zazwyczaj nie jest tak duża – jeden lub dwa interwały średnicy dyszy wystarczą, aby uzyskać te korzyści.

Zużycie filamentu

Jeśli masowo produkujesz model za pomocą drukarki 3D, ilość filamentu, który trafia do każdego produktu jest czymś, co prawdopodobnie ma dla Ciebie znaczenie. Jest to kolejny obszar, w którym optymalna grubość powłoki wchodzi w grę. Grubsza powłoka tworzy produkt, który jest silniejszy i ma ładny ciężar, ale również konsumuje dużo dodatkowego filamentu.

Aby umieścić to w kontekście, przechodząc z grubości jednej do dwóch wielokrotności średnicy dyszy skutecznie już podwaja ilość filamentu, który idzie do powłoki projektu drukowanego w 3D. To może mieć ogromne konsekwencje dla liczby wydruków, które można zrobić z jednej szpuli filamentu.

Czas

Odnosząc się do poprzedniego punktu, druk, który zużywa więcej filamentu z konieczności zajmie więcej czasu, aby zakończyć. Dzieje się tak, ponieważ dysza musi poruszać się wzdłuż obwodu modelu wiele razy dla każdej warstwy. W całym procesie drukowania, każda dodatkowa grubość powłoki może zwiększyć czas drukowania o więcej niż godzinę.

Dla tych, którzy drukują tylko jednorazowe projekty, dodany czas drukowania nie jest prawdopodobnie bardzo znaczący. Jednakże, może to być problematyczne w przypadku zamówień o dużej objętości. Jeśli patrzysz na optymalizację drukowania wielu kopii jednego modelu, wtedy prawdopodobnie będziesz musiał dostosować zarówno ustawienia powłoki jak i wypełnienia, aby skrócić czas drukowania bez narażania zbytnio integralności strukturalnej.

Opcje przetwarzania końcowego

Druk wykonany przez drukarkę FDM będzie naturalnie wychodził z nieregularną powierzchnią. Jest to nieodłączne ograniczenie tej technologii. Oznacza to, że niektóre post-processing będzie konieczne, jeśli chcesz, aby Twoje wydruki mają idealnie gładkie i polerowane look.

Suitable post-processing techniki będą się różnić w różnych materiałów filamentu. Niektóre filamenty nadają się dobrze do selektywnego rozpuszczania przy użyciu odpowiedniego rozpuszczalnika, podczas gdy niektóre wymagają bardziej staromodnej techniki przy użyciu papieru ściernego.

W każdym przypadku, post-processing spowoduje erozję materiału na powierzchni gotowego wydruku. Jest to coś, co trzeba będzie wziąć pod uwagę w projekcie, zwłaszcza w przypadku projektów, w których ważna jest wytrzymałość i twardość. Grubsza skorupa da ci szerszy margines na szlifowanie i polerowanie nieregularności gotowego wydruku bez powodowania drastycznego spadku jego integralności strukturalnej.

Zasady ustawiania grubości skorupy

Platformy oprogramowania slicerów używane dzisiaj sprawiają, że dostosowanie ustawień grubości skorupy jest prawie bezproblemowe. Jest to bardzo przydatne, jeśli nadal jesteś na etapie, w którym bawisz się parametrami drukarki, aby uzyskać jak najlepsze wyniki. Oto kilka wskazówek, które pomogą Ci zacząć:

Upewnij się, że grubość powłoki jest wielokrotnością średnicy dyszy

To powinno być oczywiste, ale musisz się upewnić, że ustawienia slicera dla grubości powłoki odpowiadają średnicy Twojej dyszy. Oznacza to, że grubość powłoki musi być wielokrotnością średnicy dyszy.

Przegapienie tego kluczowego wymogu spowoduje powstanie powłok, które mają puste przestrzenie między warstwami. Naturalnie, unieważni to wszelkie korzyści strukturalne, które grubsza powłoka powinna była zapewnić.

Zasada wartości kciuka dla niskiego, umiarkowanego i wysokiego obciążenia

Określenie dokładnych wartości do użycia dla grubości powłoki może być trudne na początku. Potrzeba trochę prób i błędów, zanim uzyskasz wyniki, z których będziesz zadowolony. Aby pomóc zmniejszyć liczbę nieudanych wydruków, można użyć następujących wartości rule-of-thumb, zakładając, że używasz dyszy z otworem o średnicy 0,4 milimetra.

Dla większości zastosowań powłoka o grubości 0,8 milimetra może doskonale wystarczyć. To jest dla części, które mają wytrzymać niskie lub umiarkowane obciążenie i nie muszą być zakotwiczone przez śrubę. Jeśli przy takim ustawieniu występują niewielkie braki wytrzymałości, to kilka poprawek na wypełnieniu powinno rozwiązać większość problemów.

Dla części, które są przeznaczone do ciężkiego użytkowania lub będą doświadczać dużych obciążeń, to można przejść do 1,2 milimetra. Wzrost wytrzymałości przy tej regulacji jest dość znaczący. Zapewnia również większą powierzchnię do kotwienia za pomocą śrub lub gwoździ.

Jeśli 1,2-milimetrowa powłoka nadal nie tnie, to można rozważyć dodanie cięższego wypełnienia. Ustawienie grubszej powłoki jest zawsze opcją, oczywiście. Jednakże, prawie wszystkie normalne zastosowania druku 3D będą działać całkiem nieźle z grubością skorupy pomiędzy 0,8 a 1,2 milimetra.

Ostatnie przemyślenia

Druk 3D jest wysoce konfigurowalnym procesem produkcyjnym, który pozwala na projektowanie modeli o szerokim zakresie parametrów wytrzymałości, wagi i elastyczności. Określenie grubości skorupy to tylko jeden z wielu sposobów, w jaki można kontrolować właściwości fizyczne produktu końcowego. W tym przypadku, grubość powłoki odgrywa kluczową rolę w określaniu ogólnej wytrzymałości drukowanej części, jak również jej wagi i gęstości. Przypisanie grubości powłoki jest dość prostą sprawą