зареждащо изображение

Казус 3: Укрепване на Z-ос в 3D отпечатани части

Сподели на:

Казус 3: Укрепване на Z-ос в 3D отпечатани части

Фигура 1 – същият 3D отпечатан детайл без (вляво) и с (вдясно) подобрение

Технология на 3D печат

„3D печат“ е общият термин за няколко технологии, които използват слой по слой отлагане на материал, за да произведат цялостна част. В DHR Engineering използваме метода на Fused Deposition Modeling (FDM), който разчита на отлагането на разтопена пластмасова нишка на слоеве, за да изградим желаната част от тях (прочетете повече за това в нашия първи статия). След като даден слой е завършен, принтерът преминава вертикално към следващия слой, където отпечатва съответната геометрия. За да се постигне успешен печат, е важно да се намерят правилните настройки за температурата на нагряване на нишката и вертикалното разстояние между слоевете. В идеалния случай текущият слой ще задълбочи отпечатания и разстоянието между двата ще бъде достатъчно малко, така че новата нишка да прилепне плътно, без да се компрометира съществуващата геометрия.

 

Фигура 2 – Принципи на работа на FDM. Източник: https://www.makerverse.ai/

 

Анизотропия и какво да правим с нея

Въпреки многобройните опити и подобрения в технологията, 3D отпечатаните части са анизотропни. Якостта и свойствата на опън във вертикалната посока Z обикновено са 4-5 пъти по-ниски, отколкото в другите две равнини (източник). По същия начин, успоредно на отпечатаните слоеве (в посоките X и Y), частта може да има значително по-ниска устойчивост на натоварване при срязване. Поради тези характеристики на 3D принтирането се търсят допълнителни методи за подобряване на механичните свойства на функционалните части. Ето някои от най-популярните решения:

  • Промяна на геометрията – Най-добрият начин да избегнете отделянето на слоя на частта е да елиминирате силите, действащи там; това решение е приложимо предимно в началната фаза на планиране, където има достатъчна свобода на проектиране.
  • Промяна на ориентацията на печат – За по-прости части въртенето около осите X или Y може да реши проблема чрез преместване на слабото място на частта вместо силите, действащи върху нея. Този метод обаче не работи за части с множество перпендикулярни натоварвания.
  • По-дебели части – Ако приложените сили са сравнително малки, удебеляването на определени елементи от частта може да подобри нейната здравина достатъчно, за да издържи натоварване дори в най-слабата си точка.
  • Метални вложки – Използването на метални вложки в 3D отпечатани части наистина си заслужава да бъде обсъдено само по себе си. В тази статия ще се съсредоточим върху използването на стандартни болтове. Вградени в печатната част, те поемат натоварването вместо пластмасата, като значително подобряват механичните свойства на частта. Въпреки недостатъците на този подход, които включват по-сложен дизайн и печат, както и необходимостта от допълнителна обработка и сглобяване, добавената работа напълно си заслужава.

 

Фигура 3 – използване на метални вложки за укрепване на 3D отпечатаните части по вертикалната ос

 

Предимства на използването на метални вложки

Включването на метални компоненти в дизайна на 3D отпечатани части помага по няколко начина:

  • Силите, създадени от затегнатите болтове, компресират слоевете на детайла, увеличавайки триенето между тях и по този начин увеличавайки максималното натоварване на срязване.
  • Болтовете разпределят натоварването върху по-голяма площ/повече слоеве, като ефективно намаляват силите, действащи върху всеки отделен слой.
  • Самите болтове поемат значителна част от натоварванията, действащи върху частта. Например, при натоварване на срязване, перпендикулярно на оста Z, една подсилена част може да издържи много по-големи натоварвания в сравнение с чисто пластмасова част, тъй като силата ще трябва да счупи самия болт.

Фигура 3 изобразява 3D отпечатан корпус на лагер, използван в работилницата на DHR Engineering. Частта се поддържа само от едната страна (конзола), а комбинираното статично и динамично натоварване е приблизително 1200 N. Цилиндричната част на частта, където се намира металният вал, се отпечатва успоредно на оста Z на 3D принтера.

По време на работа се генерират различни сили, действащи в различни равнини. Перпендикулярно на оста на печат, частта показва отлични механични свойства при натоварване на опън, тъй като силите действат в равнината на пластмасовите нишки. Въпреки това, успоредно на оста Z, силите на опън се опитват да разделят слоевете, което е най-слабото място на всяка 3D отпечатана част.

За да предотвратим отделянето на слоевете при настоящите условия на натоварване, решихме да добавим два болта M4 по оста Z и да увеличим товароносимостта. След успешното тестване на частта при номиналното й натоварване, ние постепенно увеличихме натоварването. По време на един от тестовете за якост, за наша изненада, частта се провали през слоевете (Фигура 1, Фигура 4). Това показва, че болтовете са увеличили устойчивостта на частта отвъд тази на пластмасата и са превърнали най-слабата равнина в най-надеждната.

 

Фигура 4 – подобрената част проби през слоевете, където обикновено е най-слабото място

Ще се видим скоро!

В тази статия още веднъж показахме, че 3D принтирането предлага много повече, отколкото може да изглежда на пръв поглед. Търсенето на сложни, но надеждни части само ще нараства, но ние в DHR Engineering винаги сме готови за предизвикателства!

Ще се радваме да помогнем и на вас!

 

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *