Druk 3D części użytkowych – materiał, konstrukcja, wypełnienie i orientacja

Część użytkowa ma działać, pasować i wytrzymać rzeczywiste warunki. Sam wybór wysokiego wypełnienia nie wystarczy. O wyniku decydują razem: geometria modelu, liczba ścian, kierunek warstw, materiał, temperatura pracy, tolerancje i sposób testowania.

Co naprawdę decyduje o wytrzymałości wydruku?

Wydruk FDM powstaje warstwa po warstwie, dlatego zachowuje się inaczej niż detal wtryskowy lub obrabiany z litego materiału. Najważniejsze czynniki trzeba rozpatrywać łącznie:

• liczba i grubość ścian – to one tworzą zewnętrzną powłokę przenoszącą dużą część obciążeń,
• orientacja modelu – określa kierunek warstw względem siły,
• materiał – wpływa na temperaturę pracy, udarność, elastyczność i odporność środowiskową,
• geometria – ostre naroża, cienkie zaczepy i nagłe zmiany przekroju skupiają naprężenia,
• parametry procesu – temperatura, chłodzenie, prędkość i przyczepność warstw wpływają na jakość połączenia,
• tolerancje – prawidłowy model musi uwzględniać rzeczywistą dokładność maszyny i materiału.

Ściany czy wypełnienie – co zwiększać najpierw?

Wiele osób koncentruje się wyłącznie na procencie wypełnienia. Tymczasem dla uchwytu, obudowy lub adaptera zwiększenie liczby obrysów może dać większą korzyść niż przejście z umiarkowanego do bardzo wysokiego wypełnienia. Wypełnienie stabilizuje powierzchnie i rozprowadza siły, ale nie naprawi zbyt cienkiego zaczepu ani źle ustawionego kierunku warstw.

Orientacja modelu może zmienić sposób pękania części

Element jest zwykle najmniej odporny na rozdzielanie warstw. Jeżeli cienki zaczep zostanie ustawiony tak, że siła odrywa kolejne warstwy, może pęknąć mimo wysokiego wypełnienia. Ta sama geometria ustawiona inaczej może pracować znacznie lepiej.

Orientacja wpływa również na dokładność otworów, wygląd powierzchni, potrzebę podpór i czas druku. Dlatego część przeznaczona do montażu powinna być oceniana jako cały układ: model, obciążenie, powierzchnie bazowe i sposób ułożenia na stole.

Jak dobrać materiał do zastosowania?

Temperatura, UV, wilgoć i chemikalia

Materiał, który dobrze działa na biurku, nie musi sprawdzić się w samochodzie, przy maszynie lub na zewnątrz. Przed wyceną warto podać maksymalną temperaturę, kontakt z olejem lub detergentami, ekspozycję na słońce i sposób obciążenia. Dzięki temu można odrzucić tworzywo, które pozornie wygląda poprawnie, ale z czasem zmięknie, spęcznieje lub straci własności.

Tolerancje i dopasowanie

Model CAD nie powinien być bezmyślnie równy wymiarowi nominalnemu. Otwór, zatrzask, oś lub prowadnica wymagają luzu zależnego od procesu. Wymiary w osi Z mogą zachowywać się inaczej niż w płaszczyźnie stołu, a otwory często wymagają korekty lub obróbki po wydruku.

Przy częściach dopasowanych do istniejącego elementu najlepszy proces to: pomiar lub skan, pierwszy prototyp, przymiarka i dopiero finalna wersja. Jedna mała próbka jest zwykle tańsza niż poprawianie całej serii.

Projektowanie części użytkowej – lista kontrolna

Kiedy druk 3D nie powinien być rozwiązaniem finalnym?

Druku nie należy traktować jako automatycznego zamiennika każdej technologii. Elementy hamulcowe, kierownicze, ciśnieniowe, nośne, homologowane lub pracujące w warunkach krytycznych wymagają odpowiednich obliczeń, badań, dokumentacji i często innego procesu produkcyjnego. W takich przypadkach wydruk może służyć jako model, sprawdzian montażowy albo wzór do dalszej produkcji.

Przykłady części, przy których warto zacząć od prototypu

• uchwyt czujnika lub kamery,
• adapter do istniejącego urządzenia,
• obudowa elektroniki,
• kanał powietrzny i osłona,
• pokrętło lub element sterujący,
• mocowanie samochodowe,
• część do krótkiej serii testowej.

Zobacz również jak przygotowujemy prototypy i krótkie serie oraz realizację małej partii wydruków 3D .

Najczęstsze pytania