Grundlagen der 3D-Modellierung für den 3D-Druck

Published on July 19, 2018

Grundlagen der 3D-Modellierung für den 3D-Druck

    Das 3D-Modell, das später auf einem 3D-Drucker gedruckt wird, unterscheidet sich von einem 3D-Modell, das zum Gießen oder Fräsen entwickelt wurde. Dies liegt an den technischen Merkmalen des 3D-Druckers, aus denen Sie entweder den maximalen Nutzen ziehen oder sich auf die Nachteile des Druckens einstellen müssen.

    Von den Vorbehalten stelle ich fest, dass sich diese Empfehlungen hauptsächlich auf das 3D-Druckverfahren FDM (FFF) beziehen, bei dem der Kunststoffstab von einem beweglichen Extruder erhitzt wird, der Schicht für Schicht gebildet wird.

    Die Entwicklung eines 3D-Modells beginnt mit der Erstellung einer Skizze. Dies kann eine Zeichnung auf Papier, ein materieller Prototyp, ein mentales Bild usw. sein. Was bei der Erstellung einer solchen Skizze zu beachten ist, und das Modell selbst wird im Detail analysiert.

    Festigkeitsangaben


    Hier und weiter unten im Text gibt es einige Unterpunkte, die von Anfang an gleichzeitig berücksichtigt werden müssen.
    1. Denken Sie an die Laminierung oder Anisotropie des Materials: Es ist viel einfacher, ein Teil durch Schichten zu brechen als quer. Dies muss im Voraus berücksichtigt werden, da sich das 3D-Modell auf dem Tisch des 3D-Druckers befindet.

    2. Runden hinzufügen. Das Bein des Hockers und die Tischplatte an der Schnittstelle müssen eine abgerundete Ecke haben. In diesem Fall wird das Bein umso stärker auf der Tischplatte fixiert, je größer der Rundungsradius ist. Ähnliches gilt für verschiedene Körperteile. Box modellieren? Alle rechten Winkel sind rund. Dabei spielt es keine Rolle, in welcher Ebene sie sich befinden. Auch wenn ein rechter Winkel benötigt wird, machen wir einen Radius von 0,5 mm. Der Drucker ist leichter an einer solchen Stelle vorbeizufahren als gerundet, es kommt zu einem Schlag durch den abrupten Stopp des Extruders, das Teil schwingt nicht und andere Vorteile.

    3. Wandstärke und Füllung. Die maximale Stärke bei 100% Füllung ist eine Tatsache, aber wenn Sie das Teil aufhellen oder Kunststoff sparen müssen, können Sie in den Druckeinstellungen eine viel größere Wandstärke erzielen, während Sie viel weniger ausfüllen. Dies funktioniert mit Teilen, die Löcher für Befestigungselemente haben. Wenn Sie einen Maschinencode für den Drucker erstellen, sind absolut alle Außenwände dick, sodass die Befestigungselemente von einer zuverlässigen dicken Kunststoffschicht Ihres Teils umgeben sind.

    4. Unterstützung Dieses Element beeinflusst die Stärke der Tatsache, dass nicht immer die Schichten, die auf der Unterstützung basieren, eine ideale Struktur aufweisen. Dies kann gelöst werden, indem die Wandstärke erhöht, die Füllung aber besser gar nicht unterstützt wird. Abhängig vom Winkel zwischen der Wand des Teils und der Ebene des Tisches wird die Unterstützung durch den Slicer hinzugefügt. Die Standardeinstellung ist oft 60 Grad, manchmal 45. Dieser Parameter wird experimentell für jeden 3D-Drucker ausgewählt. Dies können Sie mit Hilfe spezieller Prüfteile überprüfen. Beispiel: https://www.thingiverse.com/thing:2806295- Vergessen Sie nicht, die Unterstützung auszuschalten, um die tatsächliche Qualität des 3D-Drucks in Abwesenheit zu überprüfen. Beispielsweise müssen Sie einen T-Verbinder für die Röhren drucken. Gussprodukte machen T-förmig. 3D-Druck macht das Produkt L oder sogar Λ-förmig. Im zweiten Fall können Sie sogar die Abstützung vermeiden, und das Teil wird aufgrund der Schichten, die sich in einem Winkel von 45 Grad zu den Rohren befinden, stärker. In der Werkstatt richten wir für jede Maschine Schneidemaschinen ein und fragen den Kunden nach den Festigkeitsanforderungen. Abhängig davon wählen wir einen 3D-Drucker zum Drucken aus.


    Geometrische Einschränkungen


    1. Die Wandstärke ist auf die Bodendüsengröße des 3D-Druckers begrenzt. Sein Durchmesser ist konstant und beträgt in den meisten Fällen 0,4 mm. Geringere Dicke - langer 3D-Druck für die meisten Teile. Je größer die Düse ist, desto weniger stark sind die Bindungen zwischen den Schichten, und desto sichtbarer sind die Stufen zwischen den Schichten. Und im Allgemeinen sollte die Wandstärke ein Vielfaches von 0,4 mm sein, dann kann der 3D-Drucker eine Wand in zwei Durchgängen (0,8 mm), in 3 Durchgängen (1,2 mm) usw. genau herstellen. Bei anderen Stärken hinterlässt der 3D-Drucker eine Lücke oder einen Überlauf, was sich negativ auf die Festigkeit und das Erscheinungsbild des gedruckten Teils auswirkt.

    2. 3D-Druck von dünnen Zylindern und Nadeln. Für den 3D-Druck solcher Produkte benötigen Sie spezielle Einstellungen für einen 3D-Drucker: Verlangsamen Sie die 3D-Druckgeschwindigkeit, geben Sie Zeit zum Abkühlen, da sich ansonsten eine solche Struktur verbiegt. Vertikal stehende dünne Elemente sind unbedingt zu vermeiden. Selbst wenn sie gedruckt werden, sind sie sehr zerbrechlich. Es ist sinnvoll, sie nur zu Dekorationszwecken zu belassen, aber wir müssen uns darauf einstellen, dass ihre Qualität schlechter ist als die anderer Elemente des 3D-Teils.

    3. 3D-Drucklöcher. Ich stelle fest, dass, wenn das Loch gerade und durchgehend ist, es ausgebohrt werden kann, wenn es gekrümmt ist und Unterstützung benötigt, sich herausstellen kann, dass es unmöglich sein wird, Unterstützung zu erhalten.
    4. Bei der 3D-Modellierung ist es wichtig, die Gesamtabmessungen des 3D-Druckers zu berücksichtigen. Wir verwenden handliche 3D-Drucker, einen Tisch von 250x250 mm, eine Diagonale von 353 mm. Hier müssen nach Möglichkeit die Maße eingegeben werden. Andernfalls müssen Sie entweder einen industriellen 3D-Drucker mit einer großen Druckfläche bestellen oder Kleben verwenden, aber die Montage ist besser, da der Montageprozess vom Entwickler und nicht vom 3D-Druckmaster gesteuert wird.

    5. Ein großer Bereich der Basis kann dazu führen, dass sich die Kanten vom Tisch lösen. Wir verwenden Spezialkleber, was jedoch nicht immer hilft. Wir werden unseren Kollegen in regelmäßigen Abständen beschwert, dass solche „kleinen“ Mängel wie eine gekrümmte Kante kein Grund sind, den 3D-Druck für sie neu zu starten. Ein Ingenieur, der ein Teil in 3D modelliert, kann dies bei seiner Arbeit berücksichtigen und entweder Baugruppen oder dünnwandige flache 3D-Teile herstellen, die „nicht genügend fest sind“, um die Außenkontur zu komprimieren und dadurch die Kante anzuheben.

    6. Hohe und dünne "Türme" können aufgrund von Vibrationen, die auftreten, wenn Sie mit einem 3D-Drucker arbeiten, der sich näher an der Oberseite befindet, schlecht erhalten werden. Schichtverschiebungen sind ebenfalls möglich.



    Dimensionsstabilität, Genauigkeit


    1. Präziser 3D-Druck ist ein seltener Vogel. Ich möchte hier keine technische Sprache sprechen, aber die Wahrscheinlichkeit, dass eine komplexe Verbundstruktur vom ersten Mal an zusammengebaut wird, ist sehr gering. Hier ist eher zu berücksichtigen, dass die Details später mechanisch verändert werden können.

    2. Löcher für Befestigungselemente sind besser mit einem Rand von 0,5 mm Durchmesser zu tun. Dies verringert nicht die Festigkeit, die Befestigungselemente hängen aufgrund der Anziehkräfte nicht zu stark, aber wenn Sie dies ohne Schaft tun, müssen Sie auf jeden Fall bohren. Das Verringern der Größe eines großen Schafts (> 10 mm Schleifpapier) ist viel einfacher als das Bearbeiten eines Lochs, für das ein riesiger Bohrer erforderlich ist, der in Kunststoffwände und -teile schneidet oder darin steckt. Es ist auch wichtig zu beachten, dass beim Bohren Kunststoffschmelzen und der Bohrer darin verschmelzen können, so dass ein Entfernen unmöglich ist. Es hat Fälle gegeben.
    3. Das thermische Schrumpfen wird nicht immer kompensiert, genauer gesagt, es ist sehr schwer zu fangen, es ist nicht in alle Richtungen gleich, daher ist es äußerst schwierig, es zu berücksichtigen. Einfacher, eine Testversion auszudrucken und dann Anpassungen vorzunehmen.

    Wenn das Aussehen wichtig ist


    1. Überlegen Sie, wie der Master das Teil auf dem Tisch eines 3D-Druckers ausrichtet. Der 3D-Druck erfolgt in Schichten, was deutlich wird, wenn Flächen gedruckt werden, die sich in einem kleinen Winkel zur Tischhorizontalen befinden. Skins haben eine lange und schmerzhafte, weil Sie diese "Leiter" bis in die tiefsten Vertiefungen der "Stufen" schneiden müssen. Es ist besser, solche Flächen horizontal oder zum Beispiel auf den Tisch zu legen oder den Winkel zu vergrößern. In einigen Fällen spart sogar die Hinzufügung von Support, die die falsche Seite des Unnötigen verdirbt, Zeit und Aufwand für die Nachbearbeitung.

    2. Unterstützung Erstens weist die Oberfläche, die sie trägt, wesentlich mehr Mängel auf als ohne sie. Zweitens ist der dünne und hohe Träger schwach und wackelig, was dazu führt, dass das Trägerteil schwerwiegende Defekte aufweisen kann oder gar nicht funktioniert.

    3. Verbesserung der Qualität der ersten Schicht. Sie müssen eine Fase hinzufügen. Auch wenn Sie keinen spitzen Winkel benötigen, empfehle ich, eine Fase von 0,5 mm hinzuzufügen. Es wird nicht deutlich sichtbar sein, aber der Rand wird ordentlich sein.


    Was Sie wissen müssen, um sich bei der Bestellung von 3D-Drucken nicht zu irren


    Wenn das Aussehen wichtig ist


    1. Ortsangaben auf dem Tisch. Denken Sie an die Anisotropie.
    2. Wandstärke und Füllung. Was Sie hier antreffen können: Füllen - 20% Zellen, die entweder durch eine dünne Außenwand sichtbar sind, oder Füllen lockern die Außenwand beim Schrumpfen leicht, aber es ist visuell einfach festzustellen, ob sich im Inneren Unterstützung befindet. Es hilft in erster Linie, die Dicke der Außenwand zu erhöhen oder die Dichte der Füllung zu erhöhen. Beachten Sie dies bei der Bestellung.


    Nachbearbeitung


    Das Eliminieren von Aliasing wird durch mechanische und chemische Verfahren erreicht. Es ist möglich, Kitt zu verwenden. Erhältlich in Acrylfarbe. Wenn das Objekt eine komplexe Farbstruktur aufweist, verwenden wir einen ProJet 4500-Drucker, der eine andere Technologie verwendet. Er klebt Pulverteilchen mit farbigem Tintenkleber. Es stellt sich nicht schlecht heraus.


    Moral


    Abschließend möchte ich darauf hinweisen, dass wir mit diesen Empfehlungen und der gesammelten Erfahrung Teile im 3D-Druckverfahren herstellen können, die in ihren Gusseigenschaften nicht minderwertig sind, was es ermöglicht, bei einem kundenspezifischen Drucker und kleinen Produktionsmengen erhebliche Kosten einzusparen. Aus eigener Erfahrung werde ich feststellen, dass das Durcheinander mit dem Drucker, das Debuggen und das Erkennen von "allen Rissen" ein separates Thema ist, über das ich später sprechen werde. Abschließend möchte ich den Leser bitten, in der Umfrage eine Stellungnahme abzugeben.

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    Muss ich einen 3D-Drucker kaufen oder sollte ich ihn auslagern?

    • 66.6% Besser alles selbst kontrollieren, modellieren und drucken 60
    • 21,1% Ich modelliere, aber lassen Sie diejenigen, die damit leben, drucken 19
    • 10% Ich bevorzuge Modellieren und Drucken, um engen Spezialisten 9 zu geben
    • 14,4% Ich glaube nicht an 3D-Druck, ich versuche es überhaupt zu vermeiden 13