Allt du behöver veta om skal i 3D-utskrift

En av de mest tilltalande sakerna med 3D-utskrift med hjälp av FDM-teknik är kanske den grad av kontroll som tekniken erbjuder användaren. Du har inte bara friheten att välja vilket filamentmaterial som ska användas för en viss 3D-modell, utan du kan också ändra modellen så att den passar dina behov. En aspekt av en 3D-modell som du kan ändra är ”skalet”

Simpelt uttryckt är skalet väggen i ett 3D-utskrivet objekt. De är en viktig del av konstruktionen och bestämmer många av egenskaperna hos den slutliga utskriften. Vilken är den bästa skaltjockleken att använda och vilka faktorer måste beaktas när man väljer skaltjocklek?

Vad är 3D-utskriftsskal?

Det kanske inte är omedelbart uppenbart, men de flesta objekt som 3D-utskrivs i FDM är mestadels ihåliga inuti. Detta är en åtgärd som sparar på dyrt filamentmaterial och utskriftstid, vilket gör 3D-utskrift till ett mer ekonomiskt företag. Detta sätt att spara tid och kostnader är dock ingen ursäkt för att skapa 3D-utskrifter som är för lätta och tunna för att ha något funktionellt värde.

Väggarna i ett 3D-utskrivet objekt, inklusive dess över- och underytor, kallas gemensamt för dess skal. Skalets tjocklek för alla 3D-utskriftsprojekt kan enkelt ställas in med hjälp av lämplig skivningsprogramvara. I de flesta fall kommer skalets tjocklek att ställas in på en multipel av munstyckesdiametern.

För att få en mer komplett bild av de faktorer som bestämmer styrkan och tätheten hos ett 3D-utskrivet objekt vore det rimligt att diskutera begreppen skal och utfyllnad tillsammans. Fyllningen är mönstret av material inuti skalet, som kan ställas in någonstans mellan 10 % och 100 %. Både procentsatsen för utfyllnad och mönstret kan ställas in med hjälp av programvaran slicer.

Genom att välja en lämplig kombination av utfyllnad och skaltjocklek kan en mängd olika värden för hållfasthet och densitet uppnås för varje 3D-utskrivet objekt. Styrka och vikt måste vägas mot kostnaden för utskrift och den tid det tar att slutföra ett enskilt projekt, särskilt om 3D-utskrift erbjuds som en kommersiell tjänst.

Faktorer att ta hänsyn till vid val av skaltjocklek

Valet av skaltjocklek är en kompromiss mellan flera olika faktorer, så att det inte finns något värde som är universellt korrekt. Den lämpligaste skaltjockleken är en tjocklek som tar hänsyn till den avsedda användningen av det objekt som ska 3D-printas och andra faktorer som ekonomi och omloppstid. För att hjälpa dig att bestämma de lämpligaste inställningarna, så är här de viktigaste aspekterna att ta hänsyn till:

Styrka

Oppenbart är det så att ett tjockare skal ger en starkare och mer robust produkt. Om din produkt är avsedd att tåla tung, ihållande eller regelbunden belastning är en skaltjocklek som är tre till fyra gånger större än munstyckesdiametern ett bra alternativ. Skalets styrka kommer också att spela in om produkten ska förankras med spik eller skruv.

Stabilitet hos de översta och nedersta lagren

De flesta programvaror för skärare erbjuder möjligheten att ställa in en annan skaltjocklek för de översta och nedersta lagren. Detta gäller endast om du skriver ut modellen på ett upprätt sätt, eller i den riktning som den är tänkt att användas.

Detta alternativ erbjuds eftersom det gör det möjligt att utforma objekt med starkare baser som är mer ”bottentunga” för ökad stabilitet. Skillnaden är vanligtvis inte så stor – ett eller två intervall av munstyckesdiametern räcker för att få dessa fördelar.

Filamentförbrukning

Om du massproducerar en modell med hjälp av en 3D-skrivare är mängden filament som går in i varje produkt något som troligen är viktigt för dig. Detta är ytterligare ett område där den optimala skaltjockleken kommer in i bilden. Ett tjockare skal skapar en produkt som är starkare och med en trevlig tyngd men som också förbrukar en hel del extra filament.

För att sätta detta i ett sammanhang kan man säga att om man går från en tjocklek på en till två multiplar av munstyckesdiametern så fördubblar man i själva verket redan den mängd filament som går in i skalet på ett 3D-utskrivet projekt. Detta kan ha enorma konsekvenser för antalet utskrifter som du kan göra av en enda filamentspole.

Tid

Med anknytning till föregående punkt kommer en utskrift som förbrukar mer filament nödvändigtvis att ta längre tid att slutföra. Detta beror på att munstycket måste förflytta sig längs modellens omkrets flera gånger för varje lager. Över hela utskriftsprocessen kan varje extra tjocklek på skalet öka utskriftstiden med mer än en timme.

För dem som bara skriver ut engångsmodeller är den extra utskriftstiden förmodligen inte särskilt betydande. Detta kan dock vara problematiskt för beställningar i stora volymer. Om du funderar på att optimera utskriften av flera kopior av en enda modell måste du troligen justera både skal- och utfyllnadsinställningar för att förkorta utskriftstiden utan att kompromissa för mycket med den strukturella integriteten.

Optioner för efterbehandling

En utskrift som görs av en FDM-skrivare kommer naturligtvis att få en oregelbunden yta. Detta är en inneboende begränsning av tekniken. Det innebär att viss efterbehandling kommer att vara nödvändig om du vill att dina utskrifter ska få ett perfekt slätt och polerat utseende.

Lämpliga efterbehandlingstekniker kommer att variera mellan olika filamentmaterial. Vissa filament lämpar sig väl för selektiv upplösning med hjälp av ett lämpligt lösningsmedel, medan andra kräver en mer gammaldags teknik med sandpapper.

I vilket fall som helst kommer efterbearbetningen att resultera i erosion av materialet på ytan av det färdiga utskriften. Detta är något som du måste ta hänsyn till i designen, särskilt för projekt där styrka och hårdhet är viktigt. Ett tjockare skal ger dig ett större utrymme för slipning och polering av ojämnheterna i det färdiga trycket utan att orsaka en drastisk minskning av dess strukturella integritet.

Tumregler för att ställa in skalets tjocklek

De slicerprogramvaruplattformar som används idag gör arbetet med att justera inställningarna för skalets tjocklek nästan utan ansträngning. Detta är mycket användbart om du fortfarande befinner dig i det skede där du leker runt med skrivarens parametrar för att försöka få bästa möjliga resultat. Här är några tips för att komma igång:

Säkerställ att skaltjockleken är en multipel av munstyckesdiametern

Detta borde vara uppenbart, men du måste se till att dina inställningar för skaltjockleken i skivaren motsvarar diametern på ditt munstycke. Detta innebär att skalets tjocklek måste vara en multipel av munstyckesdiametern.

Om man missar detta viktiga krav kommer man att få skal som har håligheter mellan lagren. Naturligtvis kommer detta att ogiltigförklara alla strukturella fördelar som ett tjockare skal borde ha kunnat ge.

Förhållningsregler för låg, måttlig och hög belastning

Det kan till en början vara svårt att bestämma de exakta värdena som ska användas för skalets tjocklek. Det kommer att krävas lite försök och misstag innan du kan få resultat som du är nöjd med. För att minska dina misslyckade utskrifter kan du använda följande tumregler, förutsatt att du använder ett munstycke med en öppning med en diameter på 0,4 millimeter.

För de flesta tillämpningar kan ett skal som är 0,8 millimeter tjockt helt räcka. Detta gäller för delar som förväntas tåla en låg eller måttlig belastning och som inte behöver förankras med en skruv. Om det finns mindre hållfasthetsbrister med denna inställning bör några justeringar av utfyllnaden lösa de flesta problem.

För delar som är avsedda för tung användning eller som kommer att utsättas för höga belastningar kan du gå upp till 1,2 millimeter. Ökningen av hållfastheten med denna justering är ganska betydande. Det ger också en större yta för förankring med hjälp av skruvar eller spikar.

Om ett skal på 1,2 millimeter fortfarande inte räcker till kan du överväga att lägga till en tyngre fyllning. Att sätta ett tjockare skal är naturligtvis alltid ett alternativ. Nästan alla normala tillämpningar av 3D-utskrift fungerar dock ganska bra med en skaltjocklek på mellan 0,8 och 1,2 millimeter.

Sluttliga tankar

3D-utskrift är en mycket anpassningsbar tillverkningsprocess som gör det möjligt att utforma modeller med ett brett spektrum av parametrar för styrka, vikt och flexibilitet. Att bestämma skalets tjocklek är bara ett av de många sätt på vilka du kan styra slutproduktens fysiska egenskaper. I det här fallet spelar skalets tjocklek en avgörande roll när det gäller att bestämma den tryckta delens totala styrka, liksom dess vikt och densitet. Att tilldela skaltjocklek är en ganska enkel sak