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零件摆放方向对3D打印的影响与解决方案

零件摆放方向对3D打印的影响与解决方案

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【摘要】:
设计师常常忽略了零件摆放方向对3D打印零件最终成型质量的重要性。本文讨论了零件摆放方向是如何影响3D打印零件的零件精度,制造时间,强度和表面光洁度,并讨论了通过技术构建方向的重要性。

设计师常常忽略了零件摆放方向对3D打印零件最终成型质量的重要性。本文讨论了零件摆放方向是如何影响3D打印零件的零件精度,制造时间,强度和表面光洁度,并讨论了通过技术构建方向的重要性。

 

零件摆放方向的重要性

零件精度

考虑一个圆柱体,该圆柱体的孔(外径10 mm,内径6 mm,长度30 mm)使用FDM 3D打印技术,中心轴垂直。3D打印机会将这一部分构造以一系列彼此叠置的同心圆打印出来。这将产生具有相对光滑的外表面的最终圆柱体。

如果将同一圆柱体的中心轴以水平摆放方式重新定向,则零件将被构建为一系列矩形(宽度略有不同),彼此叠置。而且,圆柱体接触构建平台的表面将是平坦的,因为该材料将作为最初的第一层被打印。通过在不同方向上打印零件,最终在打印成品的质量上出现很大的不同,如下图所示。

两个相同的圆柱通过不同的打印方向制作而成(左:垂直,右:水平)

成型时间

打印方向也会对最终成型的时间产生重大影响。以上述圆柱体为例,由于大大减少了总层数,因此水平方向的打印时间比垂直方向要少得多:在100μm的层高下,水平滚筒的打印层数为100 层,垂直层数为300层。对于大型零件而言,这可能会导致更明显的时间差异。

零件强度

一些3D打印(尤其是FDM)构建的零件具有固有的各向异性,这意味着它们在XY方向上比Z方向要坚固得多。对于功能部件,重要的是要考虑应用场合和负载方向。例如,与XY方向相比,在Z方向上受拉时,FDM零件更有可能分层和断裂(差异拉伸强度的4-5倍)。

 

3D打印制作的零件在于打印同向的方向强度较高

支持结构

支撑材料的添加会增加3D打印的时间和成本。通常的处理方式是将大量的设计时间花费在考虑最佳零件摆放方向上,这样不仅可以减少3D打印失败的失败并且能够有效减少所需的材料支撑量。

表面光洁度

通常,3D打印零件的顶部或朝上的表面将具有最佳的表面光洁度,但这在不同的3D打印技术下最终成型的表面质量也不同:

对于FDM 3D打印技术来说,顶面会通过挤出尖端进行平滑处理,与打印床接触的表面通常会是光滑的,并且支撑结构上方的表面会带有支撑材料去除时留下的痕迹;对于SLA,下表面将具有支撑痕迹并需要进行后期处理,而顶表面将是光滑的且没有支撑痕迹;用粉末3D打印工艺打印的零件(例如SLS和Binder Jetting)在下表面将具有更粗糙的外观。

零件摆放定向过程

下表概述了不同3D打印工艺中零件摆放方向对最终零件质量的重要性。这与支持优化或可用的构建大小无关:

推荐最小壁厚

FDM

非常重要

SLA/DLP

非常重要

SLS

重要

MATERIAL JETTING

重要

BINDER JETTING

不重要

DMLS/SLM

非常重要

综上所述,在3D打印过程中尽量让打印物体最大面积接触3D打印面板,这样可以减少支撑材料的使用并最大限度保证模型表面的光洁度高。此外,若遇到不规则多边形(或曲面)的模型打印,尽量通过3D打印切片软件针对不同摆放方向来选择时间、成本最优的解决方案。