干貨!3D打印擺放對成品質量的影響

簡介

零件如何擺放對3D打印零件的質量是有顯著影響的,這一點也與同傳統減材工藝不太一樣, 也往往被工程師和設計師忽略。魔猴網在這里跟大家主要討論擺放方向對于零件的精度,打印時間,強度和表面成型質量的影響,樹立擺放方向是影響打印質量的重要因素的理念。

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擺放方向的重要性

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1、零件精度

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假設我們需要打印一個管狀體(中間帶孔的圓柱體),如果把圓柱面作為底面擺放,與圓柱面垂直的方向為Z方向,3D打印機只需要打印一層接一層的圓環,后一層幾乎可以完美疊加到前一層,這樣打印完畢后會得到一個有著比較精準圓環和幾乎光滑的外表面。如果把這個管狀體旋轉90度,底面變為圓柱的弧形面再來3D打印,雖然打印還是同一個物品,但從這個方向打印,3D打印機需要打印一層層寬度不斷變化的矩形,一層層疊加起來,層紋會比較嚴重,而且底面和中間圓孔都有可能產生支撐,造成圓孔和底面變形,影響最終產品的精度。

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由此可見,不同的擺放方向對于打印零件的精度是有比較大的影響。


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1 同樣的圓環體零件,不同的擺放方向打?。ㄗ螅捍怪?;右:水平)

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2、打印時間

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零件的擺放方向對于打印時間的影響也是非常顯著。

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還以上面的管狀物零件來舉例,水平方向打印比垂直方向打印花費的時間要少很多,主要是因為打印層數大幅減少。假設打印層厚設置為0.1 mm, 圓柱體外徑10mm,高30 mm,水平打印只需要打印100層,而垂直打印需要打印300層,打印時間會增加一倍多,擺放方向對于打印時間的影響非常大,很多時候直接決定了打印時長。


?3、零件強度

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一些3D打印工藝會有各向異性的問題,特別是FDM工藝,XY平面方向的強度會和Z方向的強度不一樣,

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對于一些功能件或者承力件,承受力的方向和大小很重要,FDM打印的零件如果在Z方向受到了拉伸力會比較容易產生分層或者斷裂的問題,同樣的力應用到XY方向則可能沒有問題。根據一些公開的測試報告, XY方向承受拉伸力的強度有可能是Z軸方向的5倍。 因此,擺放方向也可能對零件強度產生明顯的影響,特別是對于需要承力的連接,在設計初和打印前需要考慮到。


2 3D打印材料的各向異性

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4、支撐材料

不同的擺放方向會需要不同的支撐,支撐越多,需要的打印時間越多,消耗的打印材料也越多,因而也很可能越貴。但是并不是說支撐越多就越不好,很多時候是打印精度、打印成功率和打印成本之間的博弈。舉例來講,比方說在SLA工藝里打印一個類似紙張的薄片形零件,如果水平擺放,理論不需要支撐,但有可能因為材料收縮率的問題,造成打印完成后翹曲;如果將此零件傾斜45度來打印,會產生比較多的支撐,但收縮的問題通過將應力分散將極大緩解,打印成功率將會顯著提升。


5、表面質量


一般來說,直上直下或者平面的表面質量比較高,曲面的弧度越大,表面紋理越明顯,擺放方向對于不同的3D打印工藝各不相同:


對于FDM, 上表面會通過打印噴頭來平滑,下表面與平臺接觸,一般會呈現類似玻璃的高光表面,有支撐的地方會有支撐痕跡。

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對于SLA, 下表面會有支撐痕跡,需要后續打磨出料掉,上表面會比較光滑,也沒有支撐痕跡。

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對于SLS,3DP, SLM等基于粉末床的工藝,成型表面是磨砂的,而且一般下表面的顆粒度要比上表面要明顯。


對于Polyjet等噴射工藝,有支撐的面是亞光效果,沒有支撐的面是高光的(打印軟件里可通過全包支撐的方式來達到通體亞光的效果)。


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