Adityviosios Gamybos Galimybes Užtikrinantis Projektavimas

CAD Išvestis FDM Spausdinimui

Jūsų kompiuterizuoto projektavimo sistemos (CAD) faile aprašoma Jūsų gamybai skirta detalę. Jame įrašyti duomenys ir informacija apie medžiagas, leistini nuokrypiai, geometrija ir ypatybės. CAD programose naudojamas universalus detalę sudarančių paviršių ir trimačių kietakūnių modelių apibrėžimų rinkinys. Adityviosios gamybos sistemoms (3D spausdintuvams) reikia kitokio duomenų rinkinio, kuriame detalės paviršius iš esmės sudarytas iš trikampių. Tam, kad naudojantis adityviosios gamybos sistema būtų galima pagaminti detalę, CAD failą reikia eksportuoti STL formatu. Konvertuojant į STL formatą, CAD informacija dažnai prarandama. Svarbu paruošti failus konvertavimui, kad reikiama kokybė ir projekto sumanymas tikrai būtų perkelti iš CAD modelio į galutinį gaminį.

Jūsų CAD duomenis galima optimizuoti ir paruošti keliais būdais, kad failai tikrai būtų švarūs bei tinkami apdorojimui ir gamybai. Sudėtingus geometrinius duomenis galite pakoreguoti keliais būdais, pavyzdžiui, pakeisti sienelių storį, arba atlikti net ir nedidelius failo dydžio ir ypatybių pakeitimus, dėl kurių bus galima sukurti nesugadintą STL failą ir pagreitinti apdorojimą. Šiame straipsnyje bus paaiškinta apie tam tikrus svarbius aspektus, susijusius su lydžiosios masės formavimo (Fused Deposition Modeling, FDM) procesu.

Trianguliacija

STL failo formatas yra naudojamas perduoti detalės geometrijos informaciją iš CAD sistemos į 3D spausdintuvą. STL formate trimačio kietakūnio arba plokštuminio modelio paviršiai, arba taškų debesis, yra apytiksliai apibrėžiami trikampiais. STL faile kiekvienas trikampis paviršius yra apibrėžiamas jo trijų viršūnių koordinatėmis. Trikampiai yra mozaika, be tarpų išdėstomi pasikartojančiu raštu į nepersidengiančias figūras, šitaip suformuojant STL failą. Trianguliuojant paviršius suskirstomas į plokštumas, kurias sudarantys trikampiai skiriasi nuo projektinio sumanymo. Jeigu suformuojami pernelyg grubūs paviršiai, peržiūrėdami STL failą išlenktuose paviršiuose galite matyti plokščių vietų. Tokios plokščios sritys bus matomos ir ant pagamintos dalies. Tam, kad to išvengtumėte, svarbu pasirinkti Jūsų atvejui tinkamiausią failo raišką.

Failo Raiška

Paviršių formavimą galima kontroliuoti koreguojant šiuos eksportuojamo STL failo nustatymus CAD sistemoje:

  • Kampo kontrolė – maksimalus kampo nuokrypis tarp gretimų trikampių
  • Stygos (leistinas) nuokrypis – maksimalus atstumas tarp originalaus projekto paviršiaus ir mozaika išdėstyto STL modelio paviršiaus.

Daugelis detalių, pagamintų naudojant numatytuosius eksportavimo nustatymus, atitinka paskirties reikalavimus. Tačiau, esant didesniems reikalavimams, dažnai prireikia specialių nustatymų, kad būtų gautas norimas tikslas. Paviršiaus grubumo priežastis beveik visada yra per didelis kampo nustatymas arba per dideli leidžiamojo nuokrypio arba stygų aukščio nustatymai, arba abiejų šių nustatymų derinys. Pavyzdžiui, „SolidWorks“ programoje nustačius 0.01016 mm (0.0004 inch) leidžiamąjį nuokrypį arba stygos aukštį bus pagaminta geros kokybės FDM detalė, tačiau, jeigu dalis turi smulkių arba užapvalintų elementų, gali prireikti padidinti failo raišką.

Tačiau didinant raišką didėja failo dydis. Didelių failų persiuntimas ir apdorojimas užtrunka ilgiau, o tai gali pailginti vykdymo laiką ir dalies gamybos kaštus. Auksinė taisyklė – failas neturi viršyti 15 megabaitų, kadangi mažai tikėtina, kad viršijus šią vertę, detalės kokybė pagerės. Tikslas yra pagaminti pakankamai smulkią detalę, kad jos elementai išsitektų failo matmenyse ir nebūtų viršytas patogus failo dydis.

CAD Išvestis - STL Failo Pavirsius pic

Kontūrai

Kontūras yra išilgai perimetro kreivės kiekviename sluoksnyje nusodinta medžiaga, tame sluoksnyje atitinkanti išorinius detalės matmenis. Daugelis detalių turi tik vieną išorinį kontūrą, tačiau galima naudoti daug kontūrų ir taip padidinti detalės tvirtumą ir sienelės storį. Kontūro storis yra lygus ekstruzijos trajektorijos pločiui, kuris priklauso nuo detalės gamybai naudojamo antgalio skersmens. Pavyzdžiui, T16 antgalio vidinis skersmuo yra 0.4064 mm (0,016 colių), minimali ekstruzijos trajektorija yra 0.4064 mm, o maksimali – 0.8128 mm (0,032 colio). Vertikalios sienelės turi būti bent du kartus storesnės už sluoksnį, kad sienelės išliktų patvarios ir nesulinktų.

CAD Išvestis - STL Kontūrai pic

Rastras ir Užpildas

Rastras – tai vidinei daliai tarp kontūrų užpildyti naudojama medžiaga. Galima nustatyti, kad rastras būtų retas (korėtas) arba vientisas. Retam užpildui reikia bent dviejų kontūrų, kad būtų apibrėžtas išorinis sluoksnis ir susidarytų tarpas tarp paviršiaus išsikišimų, ir taip sumažėtų dalies svoris. Retas užpildas taip pat padidina detalės akytumą, o tai gali būti naudinga tais atvejais, kai reikia lengvos detalės arba tam tikrų įrankių, pavyzdžiui, atliekant šiluminį formavimą ir popieriaus masės liejimą. Reto užpildo oro tarpas gali būti nuo 0.0254 mm (0.001 colio) iki 12.7 mm (0.5 colio), o dažniausiai nustatymai būna nuo 2.032 mm (0.080 colio) iki 3.81 mm (0.150 colio). Esant 5.08 mm (0.200 colio) arba didesniam bendram detalės sienelės storiui kaštai gali imti mažėti dėl reto užpildo, kadangi sunaudojama mažiau medžiagos nei užpildant vientisai.

Naudojant retą užpildą nereikia niekaip keisti detalės geometrijos. Pasitarkite su savo projekto inžinieriumi arba projektuotoju, ar retas užpildas yra geras pasirinkimas Jūsų detalei. Kitas variantas yra naudoti neigiamą paviršinių sluoksnių oro tarpą, kad rastro užpildas būtų suspaustas labiau nei vientisas užpildas. Tokiu būdu sukuriamas itin geras paviršius. Skirtingose dalies srityse galima naudoti skirtingus užpildus. Pavyzdžiui, šiluminio formavimo įrankyje paviršiaus oro tarpas gali būti normalus, kad pagamintos detalės paviršius būtų glotnus, o kitais atvejais oro tarpo vertė gali būti teigiama, kad per įrankį galėtų pratekėti oras.

Leidžiami Nuokrypiai

Projektuojant detales, gaminamas CNC staklėmis, dažniausiai nurodomas +/- 0.127 mm (0.005 colio) leidžiamasis nuokrypis, jeigu nėra reikalo nurodyti kitokį nuokrypį. Tai dažniausiai nesukelia problemų, kadangi apdorojant su CNC staklėmis dažniausiai galima paprastomis priemonėmis užtikrinti, kad tokio dydžio leidžiamieji nuokrypiai nebūtų viršyti. Gaminant dalis FDM būdu, esant reikalui, būtina nurodyti tikslius leidžiamuosius nuokrypius. FDM gamybos būdu galima užtikrinti tikslius leidžiamuosius nuokrypius, tačiau gali prireikti antrinių operacijų, todėl ant detalės reikia palikti papildomos medžiagos, kuri vėliau apdorojant būtų pašalinama iki nurodytų dydžių.

CAD Išvestis STL Leidžiami Nuokrypiai pic
Dėl didelio leidžiamųjų nuokrypių tikslumo gali sumažėti skerspjūvio storis, todėl pagaminama tikslesnė detalė, tačiau padidėja gamybos trukmė ir kaštai. Tiek FDM dalies kainą, tiek tikslumą galima optimizuoti atidžiai įvertinant, koks leidžiamasis nuokrypis yra būtinas konkrečiu atveju, ir pasirenkant didžiausią skerspjūvio storį, kokiam esant galima pasiekti tokį leidžiamąjį nuokrypį, ir tada nustatant dalies matmenis tokiu pat sluoksnio storio žingsniu. Pavyzdžiui, nusprendus naudoti 0.254 mm (0.010 colio) sluoksnio storį, visus matmenis Z ašyje reikia nurodyti 0.254 mm (0.010 colio) kartotiniais, pavyzdžiui 1.27 mm (0.050 colio) ir 2.54 mm (0.100 colio). Taip pagamintos detalės tikslumas Z ašyje bus beveik idealus.

Lankstūs Vyriai

Lankstūs vyriai yra unikalūs elementai, kuriuos tradiciškai yra sudėtinga pagaminti. Lanksčios medžiagos, tokios kaip
„FDM Nylon 12“, kurios pailgėjimas nutrūkstant yra dvigubai didesnis nei „SLS Nylon 12“ medžiagos, palengvina vyrių gamybą ir užtikrina ilgalaikio varstymo galimybę nuo 0 iki 180 laipsnių kampu. Tačiau lanksčius vyrius FDM būdu reikėtų gaminti tik kuriant prototipus arba koncepcinius modelius, kurių tarnavimo laikas yra trumpas.

Lanksčių vyrių orientacijos kryptį reikia projektuoti ir optimizuoti taip, kad atlaikytų nedaug atidarymo ir uždarymo ciklų – žr. toliau pateiktą pavyzdį. Vyrio sienelė turi būti pakankamai stora ir stipri, kad atlaikytų mechaninį įtempimą ir lenkimą. Pats vyris turi būti plonas ir dažniausiai sudarytas iš dviejų kontūrų. Jeigu naudojamas 0.254 mm (0.010 colio) antgalis, tada bendrasis vyrio storis gali būti nuo 0.8128 mm (0.032 colio) iki 1.016 mm (0.040 colio).

CAD Išvestis STL Vyriai pic

Tvirtinimo Elementai

Gaminant prototipus ir galutiniam naudojimui skirtus gaminius dažnai naudojami tvirtinimo elementai ir įdėklai. FDM būdu poveržles, veržles, varžtus, srieginius strypus arba kitus objektus galima įterpti į darinio vidų nurodytoje vietoje, neatliekant jokių antrinių operacijų, taip pagreitinant procesą ir sutrumpinant pristatymo laiką. Tam, kad į darinio vidų įterptumėte kitą elementą, projekto faile sukurkite ertmę be jokio tarpo toje vietoje, kurioje bus įterptas kitas elementas, o tada paprašykite projekto inžinierių faile nustatyti tokį tarpą, kuris būtų pagrįstas antgalio dydžiu, gyliu ir įterpto elemento specifikacija. Pagrindinės dalies gamybą galima pristabdyti tik Z kryptimi, kad jos ertmėje būtų galima įterpti kitą elementą, todėl gamyba turi vykti X/Y plokštumoje (žr. toliau pateiktą iliustraciją).

CAD Išvestis - STL Tvirtinimo Elementai pic
FDM detales taip pat galima pragręžti ir suformuoti vidinį sriegį, tačiau sriegiai atlaikys tik kelis įsukimus, todėl daugeliu atvejų pirmenybė teikiama karštai įterpiamiems indėklams. Karštai įterpiami spiraliniai vieliniai indėklai užtikrina didelį sukimo momentą ir gerokai sumažina tikimybę, kad pakartotinai naudojamas sriegis nusidėvės.

Įvorės, Sąstandos, Intarpai

Įvorės paprastai pridedamos prie detalės vėliau, išgręžus ir suformavus vidinį sriegį. Jeigu įvorės sienelės storis yra mažesnis nei kitų detalės sričių, gali reikėti panaudoti mažesnį antgalį, kuriuo būtų galima pagaminti tikslesnę skylę. Tam, kad būtų užtikrintas tinkamas skersmuo, galite praplėsti skylę iki tinkamo dydžio. Optimalioms eksploatacinėms savybėms įvorės skersmuo turi būti bent tris kartus didesnis už indėklo skersmenį. Esant didesniam įvorės skersmeniui sumažėja lūžio tikimybė naudojant frikcinę jungtį ir padidina įvorės stiprį.

Kai yra liejama slegiant, sąstandos ir intarpai yra naudojami siekiant išvengti išsikreipimo arba įdubimo žymių, atsirandančių vėstant. Gaminant FDM būdu šios papildomos priemonės nėra reikalingos, nebent jos būtų kritiškai būtinos detalės funkcionavimui, nors jas naudojant padidėtų detalės atlaikomas įtempimas.

Keli Sluoksniai, Įleidžiamos arba Sukabintos Detalės

Tam, kad būtų galima tiksliai įkainoti ir greitai pristatyti gaminius, sukabintas arba viena į kitą įleidžiamas detales kiekvieną atskirai reikia išsaugoti atskiruose STL failuose. Jeigu failai nėra atskiri, jie gali atrodyti kaip viena detalė, todėl gali būti sunku nustatyti kainą ir pagaminti, kadangi sunku optimizuoti kiekvienos atskiros detalės orientaciją. Sukabintas dalis taip pat sunku pagaminti, kadangi nulaužiamų dalių sienelės yra per plonos. Sukabintų dalių pavyzdžiu gali būti lėktuvo modelio rinkinys. Visos atskiros dalys yra tarpusavyje sujungtos kojelėmis, kurias pasukus atskiri komponentai atkabinami.

Įmanoma pagaminti kelių atskirų sluoksnių detales. Tokį būdą reikėtų rinktis, kai detalė turi judančių komponentų, pavyzdžiui, krumpliaračių arba vyrių. Tiesiog įsitikinkite, kad tarp judančių dalių bus pakankamas tarpas, kurį užpildysime išimama atramine medžiaga ir liks pakankamas oro tarpas. Gaminant kelis sluoksnius, patariame pasitarti su projektų inžinieriumi dėl gaminio orientacijos.

CAD Išvestis - STL Sukabinamos Detalės pic

Atvirkštinės Normalės, Briaunos ir Paviršiai

Tvarkingas STL failas laikomas „sandariu“. Tai reiškia, kad faile netrūksta paviršių, struktūros nepersidengia ir nėra atvirkštinių arba blogų briaunų. Paprastai daugelis kietųjų kūnų modeliavimo CAD programų, pavyzdžiui „SolidWorks“, „Inventor“ arba „ProE“, įrašo švarius, sandarius failus. Paviršių naudojimu pagrįstos CAD programos, pavyzdžiui „Rhino“ arba „STLs“, kurios tiesiogiai paima nuskaitytus duomenis, gali įrašyti nešvarius failus, kuriuos prieš apdorojimą dar gali tekti pataisyti.

Savo STL failuose esančias klaidas galite lengvai surasti pasinaudoję STL peržiūros įrankiu. Visi įrankiai suteikia vaizdinės informacijos, tačiau kai kurie suteikia ir specifinės informacijos apie problemines failo vietas. Jeigu paviršiai nėra gerai paruošti, 3D spausdintuvas negalės tinkamai nuskaityti visų duomenų, todėl gamyba užsitęs.

Tekstas

Pridėjus teksto, gali pagerėti detalės estetika: detalę galima pažymėti įmonės pavadinimu arba atitinkamai priderinti detalės išvaizdą. Tačiau yra kelios taisyklės, kurių reikia laikytis ant detalės paviršiaus uždedant tekstą. Mažiausias rekomenduojamas teksto dydis yra 16 taškų aukščio paryškintasis šriftas ant viršutinės arba apatinės FDM modelio plokštumos, ir 10 taškų aukščio paryškintasis šriftas ant vertikalių sienų. Rekomenduojame rinktis ant paviršiaus iškilusį, o ne išpjautą tekstą, kadangi nuo paviršiaus lengviau pašalinti atraminę medžiagą.

STL Eksportavimo Vienetai

Kiekvienos CAD programos STL eksportavimo nustatymai yra unikalūs. Nustatymuose būtinai pasirinkite, kad eksportuojant STL naudojami vienetai būtų coliai arba milimetrai. FDM programinė įranga supranta tik colius arba milimetrus, todėl jeigu Jūsų STL faile, eksportuotame iš CAD programos, bus naudojami centimetrai, geometrija išliks taisyklinga, tačiau pagaminta detalė bus kito mastelio.

Projekto Kokybė ir Greitis

Kiekviena CAD sistema yra kitokia, tačiau galite pagreitinti gamybos procesą suprasdami savo duomenis, projektuodami specialiai 3D spausdinimui tinkamas detales ir tinkamai eksportuodami STL failus, kad užsakymas būtų Jums pristatytas anksčiau, nei jo prireiks, ir būtent toks, kokį jį suprojektavote. Vadovaukitės šiuo vadovu, tarkitės su inžinieriais, kad paruoštumėte geresnius failus ir pagerintumėte gamybos procesą.

Copyright © 2018 ACATIA. Visos teisės saugomos. | Naudojimo Sąlygos ir Privatumo Politika