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2017-11-17 【3D列印快訊】如何為FDM印表機(jī) 設(shè)計(jì)3D列印零件

【3D列印快訊】如何為FDM印表機(jī) 設(shè)計(jì)3D列印零件

了解如何優(yōu)化FDM 3D列印常見的設(shè)計(jì)功能（如橋接，懸垂，銷釘和垂直軸孔）。

目錄
介紹
 橋接
 垂直軸孔
 懸垂
 轉(zhuǎn)角
 定位釘子
 先進(jìn)設(shè)計(jì)
經(jīng)驗(yàn)法則

介紹

作為市場上最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的3D列印技術(shù)，F(xiàn)DM是快速和低成本原型設(shè)計(jì)的理想選擇，可廣泛用於各種應(yīng)用。它也可以是功能性零件（例如外殼）的合適解決方案。

FDM會(huì)沿著預(yù)定路徑將熔化的細(xì)絲擠出到預(yù)建造的表面。
當(dāng)材料被擠壓時(shí)，它會(huì)冷卻，形成一個(gè)堅(jiān)固的表面，為下一層材料的建造提供基礎(chǔ)。
它會(huì)一層一層的重複，直到完成列印物件。

像所有的製造方法一樣，F(xiàn)DM對(duì)可列印的內(nèi)容會(huì)有一些限制。
本文將介紹這些限制，並討論可以在設(shè)計(jì)階段實(shí)施的方法，來減少其對(duì)列印品質(zhì)的影響。

橋接

當(dāng)FDM發(fā)生橋接時(shí)，通常是因?yàn)榱杏C(jī)需要在兩個(gè)支撐或定位點(diǎn)之間作列印。
由於沒有為列印的初始圖層提供支撐（沒有什麼可以建立的），並且需要“填補(bǔ)”缺口，所以材料將傾向下垂。
橋接通常發(fā)生在物體的牆壁中的水平軸孔或中空部分的頂層（或屋頂）中。

列印橋距為25mm、35mm和45mm
減少橋接影響的一個(gè)解決方案是減少橋樑的距離，但這取決於零件的設(shè)計(jì)約束。避免下垂的另一個(gè)解決方案是支撐。
支撐為構(gòu)建橋接層提供臨時(shí)構(gòu)築平臺(tái)。
一旦列印完成，支撐材料就會(huì)被移除。這可能會(huì)在支撐連接到最終零件的表面上留下痕跡或損壞。

FDM列印的拼圖片與移除支撐後顯示的表面粗糙度

主要設(shè)計(jì)考量因素：由於FDM的性質(zhì)，除非橋樑的厚度小於5mm，否則支撐材料的下垂或痕跡就會(huì)存在。
如果需要水平和光滑的表面，高級(jí)的解決方案是將設(shè)計(jì)分成不同的部分，或考慮用別種形式的後期處理，

垂直軸孔

FDM通常會(huì)列印出尺寸不夠的垂直軸孔。一般在列印孔徑的過程造成直徑減小的原因是：

1.當(dāng)噴嘴列印垂直軸孔的周邊時(shí)，它會(huì)將新列印的那層壓縮到現(xiàn)有的建構(gòu)層上幫助改善黏著。
2.噴嘴的壓縮力將擠出的圖層形狀從一個(gè)圓形變成更寬和更扁平的形狀（見下圖）。
3.這增加了與先前列印層的接觸面積（改善黏著性），但是也增加了擠出部分的寬度。
4.最後是正在列印孔洞的直徑減小。
當(dāng)列印小直徑孔洞時(shí)由於孔洞直徑與噴嘴直徑比率造成的影響，可能會(huì)造成特別的問題。

變動(dòng)的切片程式與垂直孔的實(shí)際直徑變化是由於擠壓輪廓的壓縮

尺寸過小將取決於列印機(jī)，切片軟體，孔洞的大小和材料。
垂直軸孔的直徑縮小通常在切片軟體內(nèi)考慮，但是精度可能會(huì)變化，並且可能需要多個(gè)測試列印來達(dá)到所需的精度。
如果要求高精度，則可能需要在列印後鑽孔。
主要設(shè)計(jì)考量因素：如果垂直軸孔的直徑非常重要，建議將列印尺寸變小，然後鑽孔到正確的直徑。

懸垂

懸垂問題是與FDM相關(guān)最常見的列印質(zhì)量的問題之一。當(dāng)列印層材料僅被下層部分支撐時(shí)，會(huì)出現(xiàn)突出。
與橋接相似，由構(gòu)建層下方表面提供的不足的支撐可能導(dǎo)致較差的層黏著，突起或捲曲。

增加懸垂角度（以5度往上為增加）對(duì)列印品質(zhì)的影響。最大的顯示的角度為70度

根據(jù)材料的不同，通?？梢粤杏∫粋€(gè)突出的部分，而不會(huì)損失高達(dá)45度的質(zhì)量。
在45度時(shí)，新列印的圖層會(huì)有第一層50％支撐。這樣可以獲得足夠的支撐和附著力。高於45度時(shí)，需要支撐以確保
新列印的那層不會(huì)向下突出並遠(yuǎn)離噴嘴。

列印出現(xiàn)的另一個(gè)問題是捲曲。新列印的圖層在突出邊緣會(huì)變得越來越薄，導(dǎo)致冷卻的差異化，變成向上變形（參見上圖）。
主要設(shè)計(jì)考慮因素：對(duì)懸垂的限制可以通過使用對(duì)45度以上的牆壁角度的支撐來消除。對(duì)於較大懸垂需要的支撐，
除非經(jīng)過後處理，否則會(huì)有標(biāo)誌出現(xiàn)在最終表面上。

轉(zhuǎn)角

由於FDM中的列印噴嘴是圓形的，角落和邊緣的半徑會(huì)等於噴嘴的大小。這代表這些功能將永遠(yuǎn)不會(huì)是完全正方形的。
對(duì)於尖銳的邊緣和角落，列印的第一層特別重要。如上面關(guān)於垂直軸孔所討論的那樣，當(dāng)噴嘴再列印每一層時(shí)，它壓
縮列印材料以提高黏著力。在列印初始層，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)通稱為“大象腳”的外擴(kuò)造型。
這會(huì)影響組裝FDM零件的能力，因?yàn)檫@個(gè)外擴(kuò)突出超過指定的尺寸。

可以在FDM列印的初始層上看見大像腳特徵的側(cè)視圖
與FDM列印的初始列印層相關(guān)的另一個(gè)經(jīng)常出現(xiàn)的問題是翹曲。
與PLA相比，ABS因?yàn)榱杏囟雀叨菀桩a(chǎn)生翹曲。
基層是第一層要列印和冷卻，因?yàn)槠渌訜釋恿杏≡陧敳俊?br /> 這會(huì)導(dǎo)致差異化的冷卻，並且可能導(dǎo)致底層在收縮時(shí)離開列印平臺(tái)。
沿著與列印平臺(tái)接觸的零件邊緣添加倒角或半徑會(huì)減少這些問題的影響。
一旦列印完成，這也將有助於從列印平臺(tái)上移除物件。
主要設(shè)計(jì)考量因素：如果裝配或整體尺寸對(duì)於FDM零件的功能十分重要，則所有與列印平臺(tái)上接觸的所有邊緣包括
45度倒角或半徑都要注意。對(duì)於高精度的形狀和貼合性測試，推薦使用SLA或Polyjet等其他技術(shù)。

定位釘子

當(dāng)需要組裝零件或?qū)R時(shí)，定位釘子通常以FDM列印。
考慮到這些功能通常是有功能性的，因此了解FDM可以準(zhǔn)確列印的出定位釘子的尺寸非常重要。
大釘子（直徑大於5mm）印有周長和填充，與列印品的其他部分有很強(qiáng)的聯(lián)繫。直徑較小的釘子（直徑小於5mm）
只能列印周長而不沒有填充。
這會(huì)在列印的時(shí)候與其他部分之間產(chǎn)生不連續(xù)性，只有薄弱的連接，容易斷裂。在最壞的情況下，小釘子會(huì)因?yàn)?br /> 沒有足夠的列印材料來黏接新列印的那層而無法列印。

列印逐漸減少直徑（從25到5mm）的定位釘子，說明列印的上方直徑變得太小而無法精準(zhǔn)的列印。
經(jīng)常調(diào)整正確的列印機(jī)校正（最佳層厚，列印速度，噴嘴溫度等）可以減少釘子倒掉的可能性。在釘子的底部添加
半徑，會(huì)消除該點(diǎn)成為集中的壓力並增加強(qiáng)度。
對(duì)於直徑小於5mm的關(guān)鍵釘子，用一個(gè)現(xiàn)成的釘子插入列印孔洞可能才是最佳的解決方案。
主要設(shè)計(jì)考慮因素：如果您的設(shè)計(jì)包含小於5mm直徑的釘子，可以在釘子的底部增加一個(gè)小圓角。如果功能非常重
要，可考慮設(shè)計(jì)包含一個(gè)孔和釘子的位置，將孔鑽到正確的尺寸並插入一個(gè)現(xiàn)成的釘子。

先進(jìn)設(shè)計(jì)

使用FDM列印時(shí)要考慮的幾個(gè)關(guān)鍵是如何減少所需支撐的數(shù)量，零件方向以及零件在列印平臺(tái)上的建構(gòu)方向。

分解你的模型

通常，拆模型可以降低其複雜性，節(jié)省成本和時(shí)間。需要大量支撐的突出部分可以通過簡單地將複雜的形狀分割成單
獨(dú)列印的部分來移除。如果需要，一旦完成部分的列印，這些部分可以再黏在一起。

拆模型以消除對(duì)支撐的需求

孔洞定位

通過更改列印方向是最好的方式來避免孔洞有支撐。在水平軸孔洞中去除支撐通常是很困難的，
但通過將建構(gòu)方向旋轉(zhuǎn)90度，來消除對(duì)支撐的需求。
對(duì)於不同方向有多孔的零件，先以盲孔優(yōu)先，然後是從孔洞直徑最小到最大的，然後是關(guān)鍵的孔洞尺寸。

重新定位水平軸孔可以消除對(duì)支撐的需要

建立方向

由於FDM列印的各向異性特性，了解零件的應(yīng)用以及如何建立零件對(duì)於設(shè)計(jì)的成功十分重要。
由於層面方向，F(xiàn)DM零件在一個(gè)方向上會(huì)較脆弱。

缺乏連續(xù)物質(zhì)的路徑和每層接頭產(chǎn)生的集中壓力都會(huì)造成這種缺陷。
由於圖層列印為圓角方形，每層之間的接縫實(shí)際上像是小凹谷。這會(huì)在形成裂紋的地方產(chǎn)生集中的壓力。

經(jīng)驗(yàn)法則

•如果橋樑超過5mm，可能會(huì)發(fā)生下垂或支撐材的痕跡。拆件設(shè)計(jì)或後處理可以消除這個(gè)問題。
•對(duì)於重要的垂直孔洞直徑，如果要求高精度，建議在列印後進(jìn)行鑽孔。
•大於45度的牆角要增加支撐讓FDM列印機(jī)做列印。
•在FDM零件的所有邊緣上，包括與列印平臺(tái)接觸的45度倒角或半徑。
•對(duì)於使用小型垂直釘子的應(yīng)用，請(qǐng)?jiān)诘撞吭黾右粋€(gè)小圓角或考慮將現(xiàn)成的釘子插入列印的孔洞中。
•模型拆件、重新定位孔洞和指定構(gòu)建方向都是可以降低成本，加快列印流程，提高設(shè)計(jì)強(qiáng)度和列印品質(zhì)的因素。

原文來源:https://www.3dhubs.com/knowledge-base/how-design-parts-fdm-3d-printing#advanced-design

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