Znasz ten scenariusz: zamawiasz wydrukowany uchwyt, montujesz go w maszynie, dokręcasz śrubę i nagle słyszysz trzask. Detal pęka w najmniej oczekiwanym momencie, maszyna staje, a Ty stwierdzasz: „Ten druk 3D to jednak krucha zabawka, trzeba było to wyfrezować z aluminium”.
Błąd. Z dużym prawdopodobieństwem problemem wcale nie był materiał. Problemem był człowiek, który przygotował plik do druku, nie rozumiejąc podstawowej zasady mechaniki technologii FDM (Fused Deposition Modeling): anizotropii.
W drukuje3d.com wiem, że inżynieria zaczyna się na długo przed rozgrzaniem dyszy drukarki. Zaczyna się w oprogramowaniu zwanym slicerem. Dziś na przykładzie prostego kątownika montażowego pokażę Ci, dlaczego pozycjonowanie detalu na stole roboczym decyduje o tym, czy wydruk przetrwa lata, czy pęknie po godzinie.
Anatomia błędu: Gdy warstwy pracują przeciwko Tobie (Oś Z)
Wyobraź sobie druk 3D jak budowanie z klocków LEGO lub deskę drewna. Drewno jest niezwykle mocne, gdy próbujesz je złamać w poprzek słojów, ale bardzo łatwo pęka, gdy wbijesz siekierę wzdłuż nich. Z wydrukami FDM jest identycznie.
Spójrzmy na typowy błąd kogoś, kto po prostu „klika Drukuj”.
Zrzut 1: Kątownik ustawiony w slicerze pionowo. Zwróć uwagę na poziome linie podziału warstw.
W tej orientacji drukarka buduje element warstwa po warstwie, od dołu do góry. Kiedy zamontujesz ten kątownik i obciążysz jego ramię (siła działająca z góry na dół), całe naprężenie skupi się na łączeniu między warstwami plastikowych nitek (w tzw. osi Z).
Siły rozciągające po prostu rozerwą słabe wiązania międzywarstwowe. Wydruk zachowa się jak źle sklejona kanapka, z której zsuwają się składniki. To najczęstsza przyczyna awarii tzw. „tanich wydruków z ogłoszenia”.
Inżynieria w praktyce: Wykorzystanie osi X i Y
Jak więc drukuję takie elementy przemysłowe w drukuje3d.com? Zmieniam ułożenie detalu, aby wykorzystać fizykę tworzyw termoplastycznych na moją korzyść.
Zrzut 2: Ten sam kątownik położony na boku. Linie plastiku układają się teraz wzdłuż przenoszonych sił.
Poprzez położenie elementu na płasko (w osi X/Y), ścieżki roztopionego plastiku są układane nieprzerwanie wzdłuż całego ramienia.
Gdy teraz przyłożę to samo obciążenie, siła nie działa już na delikatne spoiny między warstwami. Zamiast tego, rozciąga i wygina ciągłe „włókna” materiału (np. wytrzymałego PETG lub Nylonu z włóknem węglowym). Włókna te są w stanie przenieść wielokrotnie większe obciążenia zanim ulegną zniszczeniu (lub odkształceniu plastycznemu). Zwykła zmiana orientacji o 90 stopni w programie potrafi podnieść wytrzymałość mechaniczną detalu w danym wektorze nawet o 60-80%!
Czego nie widać w pliku STL?
Plik 3D to tylko geometria. Nie ma w nim informacji o tym, jak część będzie pracować. Dlatego, gdy wysyłasz mi model, nie pytam tylko „z jakiego materiału to wydrukować”. Zawsze pytam: „Gdzie to będzie zamontowane i z jakiej strony będzie działać siła?”.
Czasami optymalne ułożenie pod kątem wytrzymałości wymaga wygenerowania większej ilości materiału podporowego (co minimalnie wydłuża czas druku), ale w przemyśle nie ma miejsca na kompromisy. Część ma działać, a nie tylko ładnie wyglądać po wyjęciu z paczki.
Nie wiesz, czy Twój projekt wytrzyma obciążenia w maszynie? Podeślij mi swój plik CAD/STL. Przeanalizuję go w moim oprogramowaniu, wskażę krytyczne naprężenia i dobiorę taką technologię (i orientację), która zagwarantuje niezawodność.
