Miks mu 3D-prinditud osa kõverdub? - Teadmised

Mis on kõverdumine 3D-printimises?

Koolutamine toimub siis, kui prinditud osa deformeerub ettenähtud CAD-geomeetriast ebaühtlaste sisepingete tõttu, mis tekivad kuumutamisel, jahutamisel või tahkumisel.

Füüsika probleemi taga (lihtsas inglise keeles)

Materjalid paisuvad kuumutamisel ja tõmbuvad kokku jahtumisel. 3D-printimisel jahtuvad detaili erinevad osad erineva kiirusega, tekitades temperatuurigradiente. Need kalded tekitavad jääkpingeid, mis tõmbavad osa vormist välja. Eriti haavatavad on materjalid, millel on suurem kokkutõmbumismäär või halb soojusjuhtimine. Need põhilised 3D-printimise kõverdumise põhjused ilmnevad SLS-i, SLM-i ja muude lisandite protsessides.

Koolutamine vs moonutamine vs kokkutõmbumine Mis vahe on?

Meeskonnad ajavad neid termineid sageli segamini, mis raskendab tarnijatega suhtlemist:

Kokkutõmbumine: prognoositav üldise suuruse vähenemine.

Koolutamine: ebaühtlane painutamine või kõverus, tavaliselt servades ja tasastel pindadel.

Moonutused: mis tahes laiem geomeetriline kõrvalekalle, sealhulgas keerdumine või funktsioonide nihe.

Selge terminoloogia aitab tõrkeotsingul, kuidas parandada metallist 3D-printimise või SLS-i osade deformatsiooni.

Kui tõsiseks see võib minna? (Päris numbrid)

Väände raskusaste on väga erinev. Siin on praktiline võrdlusalus, mis põhineb tegelikel tootmisandmetel:

Tabel 1: tüüpiline kõverdumis-/kahanemisvahemik protsessi ja materjali järgi

Protsess	Materjal	Tüüpiline kokkutõmbumine	Koolutamise riskitase	Enim mõjutatud funktsioon
SLS	Nailon PA12	2–4%	Keskmine	Lamedad paneelid, õhukesed seinad
SLS	TPU	1–2%	Madal – keskmine	Üleulatused, õhukesed lõigud
DMLS/SLM	Roostevaba teras	1–2%	Kõrge	Suured lamedad pinnad
DMLS/SLM	Ti-6Al-4V	1–1.5%	Keskmine – kõrge	Õhukesed seinad, sillad
FDM	ABS	3–8%	Väga kõrge	Nurgad, aluskihid
Sideaine pihustamine	Metallist	15–20% (eel-paagutamine)	Kõrge	Vajalik ühtlane kokkutõmbumine

Märkus. Vahemikud põhinevad EOS-i ja tööstuse andmetel. Tegelikud tulemused sõltuvad suuresti geomeetriast, parameetritest ja{1}}järeltöötlusest.

Nailonist 3D-printimise koolutamine

Nailon (PA12 ja PA11) on funktsionaalsete osade jaoks sobiv materjal, kuid see jääb siiski üheks kõige kõverduvamaks-polümeeriks.

Miks nailon (PA12 / PA11) on altid niiskusele ja termilisele stressile?

Paljud insenerid eeldavad, et SLS-i nailonist osad on väänamise suhtes immuunsed, kuna ümbritsev pulber toetab. Tegelikkuses põhjustavad nailoni tugev niiskuse neeldumine ja kristalne struktuur suuri mõõtmete nihkeid. Meie tootmiskogemuse põhjal võib suure ringlussevõetud pulbrisisaldusega trükitud osade kõverdumine suureneda 30–50% ebaühtlase kokkutõmbumiskäitumise tõttu. See muudab nailonist PA12 koolutamislahenduse strateegiad oluliseks.

Spetsiifilised stsenaariumid, kus nailonosade geomeetria ebaõnnestub

Suurte SLS-nailonist korpuste koolutamine, õhukese{0}}seinaga struktuurid ja asümmeetrilised konstruktsioonid ei vasta sageli tasapinna nõuetele. Oleme näinud, et kosmose- ja autotööstuse kliendid saavad muidu tugevaid osi, mis ei vasta funktsionaalsete prototüüpide kõveruskorpuste koostetolerantsidele.

Tõestatud parandused nailoni koolutamiseks

Disain: kasutage ühtlast seinapaksust (vältige suuri tasaseid alasid), lisage tugevdavad ribid ja kasutage sümmeetriat.

Protsess: säilitage optimaalsed pulbri värskendussagedused (tavaliselt<50% aged powder) and controlled cooling.

Järel-töötlus: pingete leevendamiseks lõõmutage kohandatud kinnitusdetailidega.

Võimekas nailonist 3D-printimise teenus või nailonist 3D-printimise tehas peaks need riskid DFM-i ülevaatuse ajal märkima ja enne ehitamist kohandamisettepanekuid tegema.

TPU kõverdumine ja paindlike materjalide printimine on teistsugune probleem

Paindlikud materjalid toovad esile ainulaadsed deformatsiooniprobleemid.

Miks painduvad materjalid kuumuse käes erinevalt käituvad?

TPU-l on madal elastsusmoodul, mis muudab selle pragude suhtes vastupidavaks, kuid kaldub elastse libisemise või püsiva kuumuse või koormuse korral püsivalt fikseeritud TPU painduvate osade moonutustele.

Levinud rikkerežiimid TPU SLS-i osades

Tihendid, painduvad hinged ja vibratsioonisummutid on tavalised ohvrid. KuigiTPU SLS-trükiteenusosad säilitavad tavaliselt oma Shore'i kõvaduse, võivad nad kaotada kriitilised mõõtmed, kui jahutus- või ladustamistingimusi ei reguleerita täpselt. See on otseselt seotud sellega, kuidas vältida kõverdumist SLS-printimisel.

Kuidas saada mõõtmetelt stabiilseid TPU osi

Rakendage õigeid tugistrateegiaid, kasutage kontrollitud jahutusseadmeid ja hoidke osi kuivades, stabiilsetes temperatuurides{0}}. Pärast printimist säilitatavad toimingud võivad lõplikku geomeetriat mõjutada peaaegu sama palju kui konstruktsioon ise.

Tabel 2: TPU vs nailon SLS - Vääntumisriski võrdlus

Kinnisvara	TPU (SLS)	PA12 nailon (SLS)
Kokkutõmbumise määr	1–2%	2–4%
Niiskuse tundlikkus	Madal	Kõrge
Post{0}}trüki deformatsioonirisk	Keskmine (elastne libisemine)	Keskmine (termiline lõime)
Soovitatav seinapaksus	Suurem või võrdne 1,5 mm	Suurem või võrdne 1,0 mm
Kas lõõmutamine on soovitatav?	Harva	Mõnikord
Peamine ebaõnnestumise stsenaarium	Koormuse all roomama	Tasase pinnaga vibu

Väändumine metallist 3D-printimisel Kõige raskem lahendatav probleem

Metallosad kujutavad sageli endast kõige raskemaid väänamisprobleeme.

Miks metallosad kõverduvad rohkem kui plast (ja selle taga olev teadus)

Metallidel on oluliselt suurem soojusjuhtivus ja soojuspaisumistegur (CTE) kui polümeeridel. Metalli 3D-printimisteenuse protsesside kiired sulamis-jahtumistsüklid tekitavad äärmuslikke temperatuurigradiente ja olulisi jääkpingeid, mille tulemuseks on metalli 3D-printimise deformatsioon.

Millised metallid on kõige enam ohustatud?

Tabel 3: metallmaterjali väändumise oht (DMLS/SLM)

Metallist	Soojusjuhtivus (W/m·K)	CTE (µm/m· kraad)	Koolutamise oht	Võtmekontrolli meetod
316L roostevaba teras	16	16	Kõrge	Toetage optimeerimist + HT
Ti-6Al-4V	7	8.6	Keskmine – kõrge	Aeglane jahutamine + stressi leevendamine
AlSi10Mg	130	21	Väga kõrge	Soojendusega ehitusplaat + topoloogia opt.
Inconel 625	9.8	12.8	Keskmine	Ehitage orientatsiooni kontroll

Andmed on sünteesitud Concept Laser / EOS rakenduse märkmetest.

Tugistruktuurid

Toed aitavad osi ankurdada ja soojust juhtida, kuid võivad eemaldamise ajal tekitada uusi pingeid. Nutikas disain sisseMetallist 3D-printimise teenusminimeerib tugimahtu, säilitades samal ajal stabiilsuse.

Kuumtöötlus ja stressi leevendamine

Tihti on vaja-pinge leevendamist ja kuumisostaatilist pressimist (HIP). Lennunduse (AS9100) ja meditsiini (ISO 13485) projektidel on eriti ranged aktsepteerimiskriteeriumid, millele usaldusväärne kohandatud 3D-printimise osade tehas peab järjekindlalt vastama.

Kuidas nutikas geomeetria hoiab ära kõverdumise enne printimise algust

Seina paksuse reeglid, mis tegelikult töötavad

Sihtmärgi ühtlane paksus, mis on kohandatud materjalile. Liiga õhuke (<0.8–1.0 mm for nylon) promotes warping; excessively thick sections can cause internal cracking or sink marks.

Ehitamine on olulisem, kui enamik inimesi arvab

Kas teie tarnija arutas teiega ehitusorientatsiooni? Kriitiliste pindade joondamine 45-kraadise nurga all ja koormuse suuna optimeerimine võib paljudel juhtudel vähendada kõverdumist 40–60%.

Ribide, filee ja sümmeetria lisamine - Praktilised DFM-i näpunäited

Need lihtsad muudatused jaotavad stressi tõhusalt. Enamikku kõverdumisprobleeme saab varakult ära hoida, kui töötate 3D-printimise osade tehasega, mis pakub põhjalikke DFM-i ülevaateid.

Protsess-Küljeparandused

Ehituskambri temperatuuri ja jahutuskiiruse juhtimine

Kambri ühtlane temperatuur ja järkjärguline jahutamine on kriitilise tähtsusega. Eelarveseadmetel puudub sageli järjepidevate tulemuste saavutamiseks vajalik täpsus.

Pulbri kvaliteet ja värskendussagedus (SLS{0}}spetsiifiline)

Vananenud pulbri kõrge suheNailonist 3D-printimise teenusja TPU SLS-printimise teenuse käitamine suurendab kokkutõmbumise varieeruvust. Soovitame hoida värske pulbri vahekorda üle 50% kitsa-tolerantsiga osade puhul.

Postitus-Töötlemine, mis parandab (või põhjustab) deformatsiooni

Õige lõõmutamine kinnitusdetailidega aitab leevendada pingeid. Vale CNC-töötlus võib aga tuua kaasa uusi moonutusi. Kogenud metallist 3D-printimise tootjate meeskonnad järjestavad need sammud hoolikalt.

KKK

K: Miks mu 3D-prinditud osa pärast jahtumist kõverdub?

V: Ebaühtlasest jahutamisest tulenevad jääkpinged mõjutavad detaili jätkuvalt, kui see saavutab toatemperatuuril tasakaalu.

K: Kas SLS-nailontrükk kõverdub sama palju kui FDM?

V: See kõverdub erinevalt - sageli pigem niiskuse ja termiliste gradientide kui kihi nakkumise tõttu -, kuid see on siiski märkimisväärne oht.

K: Kuidas vältida metallist 3D-prinditud osade deformeerumist?

V: Keskenduge konstruktsiooni optimeeritud orientatsioonile, piisavatele tugedele ja kohustuslikule pinge{0}}eemalduskuumtöötlusele.

K: Kas TPU SLS-printimine on rohkem või vähem altid kõverdumisele kui nailon?

V: Üldiselt väiksem kokkutõmbumine, kuid sellega kaasneb ainulaadne roomamise ja pikaajaliste{0}}moonutuste oht.

K: Kas kõverdunud 3D-prinditud osa saab{0}}järeltöötlusega parandada?

V: Lõõmutamine või töötlemine võib mõnikord osi päästa, kuid ennetamine projekteerimise ja protsesside juhtimise kaudu on palju usaldusväärsem.

K: Millist seina paksust peaksin kasutama, et vältida SLS-i kõverdumist?

A: minimaalselt 1,0–1,5 mm, olenevalt materjalist ja üldisest geomeetriast.

K: Kuidas mõjutab konstruktsiooni orientatsioon metalli 3D-printimise kõverdumist?

V: See kontrollib soojuse hajumist ja pingejaotust; halb orientatsioon on üks peamisi deformatsiooni põhjuseid.

K: Mida peaksin otsima usaldusväärsest nailonist või metallist 3D-printimise teenusest?

V: Tõestatud DFM-i asjatundlikkus, asjakohased sertifikaadid, läbipaistvad protsessiandmed ja valmisolek jagada asjakohaseid juhtumiuuringuid.

Võtke kohe ühendust

3D-printimise koolutamine on harva juhuslik - see tuleneb materjali omaduste, disainiotsuste, protsessiparameetrite ja tarnija teadmiste koosmõjust. Hea uudis on see, et enamik väänamisprobleeme on täielikult välditavad, kui neid arendustsükli alguses käsitletakse.

Kas olete valmis kõverusprobleeme kõrvaldama? Esitage oma failid juba täna, et saada tasuta DFM-i ülevaade ja üksikasjalik hinnapakkumine. Meie meeskond on spetsialiseerunud stabiilsete, kvaliteetsete{1}}kvaliteetsete 3D-printimise osade tehaselahenduste pakkumisele nailonist, TPU-st ja metallist.

Viited

Wohlersi aruanne 2023: Ülemaailmne lisandite tootmise turg ja materjaliandmed

MarketsandMarkets 2024: SLS-i ja metalli AM turuprognoos

ASTM F3049 / ISO/ASTM 52900: AM materjali iseloomustamise standardid

EOS GmbH tehnilised valged raamatud: SLS PA12 / TPU kokkutõmbumisandmed

Concept Laser / EOS Rakendusmärkused: DMLS-i jääkpinge ja kuumtöötluse juhised