Dlaczego moja część wydrukowana w 3D wypacza się?

Co to jest wypaczenie w druku 3D?

Wypaczenie ma miejsce, gdy drukowana część odkształca się od zamierzonej geometrii CAD z powodu nierównych naprężeń wewnętrznych, które powstają podczas ogrzewania, chłodzenia lub krzepnięcia.

Fizyka kryjąca się za problemem (prostym językiem angielskim)

Materiały rozszerzają się pod wpływem ogrzewania i kurczą się po ochłodzeniu. W druku 3D różne sekcje części schładzają się z różną szybkością, tworząc gradienty temperatury. Te gradienty generują naprężenia szczątkowe, które powodują utratę kształtu części. Szczególnie wrażliwe są materiały o wyższym współczynniku skurczu lub złym zarządzaniu temperaturą. Te podstawowe przyczyny wypaczania druku 3D pojawiają się w procesach SLS, SLM i innych procesach addytywnych.

Wypaczenie a zniekształcenie czy skurcz Jaka jest różnica?

Zespoły często mylą te pojęcia, co komplikuje komunikację z dostawcami:

Skurcz: Przewidywalne całkowite zmniejszenie rozmiaru.

Wypaczenie: Nierówne zginanie lub zakrzywianie, zwykle na krawędziach i płaskich powierzchniach.

Zniekształcenie: Każde szersze odchylenie geometryczne, w tym skręcenie lub przesunięcie cechy.

Jasna terminologia pomaga w rozwiązywaniu problemów związanych z naprawą wypaczeń w druku 3D z metalu lub częściach SLS.

Jak poważna może być sytuacja? (Liczby rzeczywiste)

Nasilenie wypaczeń jest bardzo zróżnicowane. Oto praktyczny punkt odniesienia oparty na rzeczywistych danych produkcyjnych:

Tabela 1: Typowy zakres wypaczenia/skurczu według procesu i materiału

Uwaga: zakresy oparte na danych EOS i branżowych. Rzeczywiste wyniki w dużym stopniu zależą od geometrii, parametrów i-procesu końcowego.

Wypaczanie w nylonowym druku 3D

Nylon (PA12 i PA11) to{{2}najpopularniejszy materiał na części funkcjonalne, mimo to pozostaje jednym z polimerów-najbardziej podatnych na wypaczenia.

Dlaczego nylon (PA12 / PA11) jest podatny na wilgoć i naprężenia termiczne

Wielu inżynierów zakłada, że ​​części nylonowe SLS są odporne na wypaczenia, ponieważ otaczający proszek zapewnia wsparcie. W rzeczywistości silna absorpcja wilgoci i krystaliczna struktura nylonu powodują poważne przesunięcia wymiarowe. Z naszego doświadczenia produkcyjnego wynika, że ​​w przypadku części drukowanych z dużą zawartością proszku pochodzącego z recyklingu odkształcenia mogą wzrosnąć o 30–50% z powodu nierównomiernego skurczu. To sprawia, że ​​strategie rozwiązań w zakresie wypaczania nylonu PA12 są niezbędne.

Konkretne scenariusze, w których części nylonowe nie mają geometrii

Wypaczenia dużych obudów z nylonu SLS,-konstrukcje o cienkich ściankach i konstrukcje asymetryczne często nie spełniają wymagań dotyczących płaskości. Widzieliśmy, że klienci z branży lotniczej i motoryzacyjnej otrzymywali skądinąd mocne części, które nie spełniałyby tolerancji montażowych w przypadku wypaczeń funkcjonalnych prototypów.

Sprawdzone rozwiązania dotyczące wypaczeń nylonu

Projekt: Użyj jednolitej grubości ścianek (unikaj dużych płaskich powierzchni), dodaj żebra wzmacniające i uwzględnij symetrię.

Proces: Utrzymuj optymalną częstotliwość odświeżania proszku (zwykle<50% aged powder) and controlled cooling.

Obróbka końcowa-: Wyżarzanie z użyciem niestandardowych elementów w celu zmniejszenia naprężeń.

Wykwalifikowana firma zajmująca się drukiem 3D z nylonu lub fabryka druku 3D z nylonu powinna zgłosić to ryzyko podczas przeglądu DFM i zaproponować poprawki przed rozpoczęciem budowy.

Wypaczenia w TPU i drukowanie materiałów elastycznych to inny rodzaj problemu

Elastyczne materiały stwarzają wyjątkowe wyzwania związane z deformacją.

Dlaczego elastyczne materiały zachowują się inaczej pod wpływem ciepła

TPU ma niski moduł sprężystości, co czyni go odpornym na pękanie, ale podatnym na odkształcenie elastycznej części TPU w wyniku elastycznego pełzania lub trwałego zestalenia pod wpływem długotrwałego ciepła lub obciążenia.

Typowe tryby awarii w częściach TPU SLS

Częstymi ofiarami są uszczelki, elastyczne zawiasy i tłumiki drgań. ChwilaUsługa drukowania TPU SLSczęści zwykle zachowują twardość w skali Shore'a, mogą stracić krytyczne wymiary, jeśli warunki chłodzenia lub przechowywania nie są ściśle kontrolowane. Wiąże się to bezpośrednio z zapobieganiem wypaczeniom w druku SLS.

Jak uzyskać stabilne wymiarowo części TPU

Wdrażaj odpowiednie strategie wsparcia, korzystaj z kontrolowanych urządzeń chłodzących i przechowuj części w suchych,-stabilnych warunkach temperaturowych. Praktyki przechowywania po wydrukowaniu mogą mieć wpływ na ostateczną geometrię niemal w takim samym stopniu, jak na samą konstrukcję.

Tabela 2: Porównanie ryzyka wypaczenia TPU i nylonu SLS -

Wypaczenia w druku 3D w metalu Najtrudniejszy problem do rozwiązania

Części metalowe często stwarzają najtrudniejsze wyzwania w zakresie wypaczeń.

Dlaczego części metalowe wypaczają się bardziej niż plastik (i nauka, która się za tym kryje)

Metale mają znacznie wyższą przewodność cieplną i współczynniki rozszerzalności cieplnej (CTE) niż polimery. Szybkie cykle-stygnięcia topnienia w procesach usługi drukowania 3D w metalu generują ekstremalne gradienty temperatury i znaczne naprężenia szczątkowe, co powoduje deformację druku 3D metalu.

Które metale są najbardziej zagrożone?

Tabela 3: Ryzyko wypaczenia ze względu na materiał metalowy (DMLS/SLM)

Dane zsyntetyzowane z notatek aplikacyjnych Concept Laser/EOS.

Struktury wspierające

Podpory pomagają zakotwiczyć części i zarządzać ciepłem, ale mogą powodować nowe naprężenia podczas demontażu. Inteligentny projekt wUsługa druku 3D w metaluminimalizuje objętość wsparcia przy jednoczesnym zachowaniu stabilności.

Obróbka cieplna i odprężanie

Często wymagane jest-wyżarzanie odprężające i prasowanie izostatyczne na gorąco (HIP). Projekty lotnicze (AS9100) i medyczne (ISO 13485) mają szczególnie rygorystyczne kryteria akceptacji, które musi konsekwentnie spełniać niezawodna fabryka niestandardowych części do druku 3D.

Jak inteligentna geometria zapobiega wypaczeniu przed rozpoczęciem drukowania

Reguły grubości ścian, które faktycznie działają

Docelowa jednolita grubość dostosowana do materiału. Za cienki (<0.8–1.0 mm for nylon) promotes warping; excessively thick sections can cause internal cracking or sink marks.

Orientacja na budowanie jest ważniejsza niż większość ludzi myśli

Czy Twój dostawca omawiał z Tobą orientację w zakresie kompilacji? Wyrównanie krytycznych powierzchni pod kątem 45 stopni i optymalizacja kierunku obciążenia może w wielu przypadkach zmniejszyć wypaczenia o 40-60%.

Dodawanie żeber, zaokrągleń i symetrii - Praktyczne wskazówki dotyczące DFM

Te proste modyfikacje skutecznie rozkładają naprężenia. Większości problemów z wypaczeniami można zapobiec na wczesnym etapie, współpracując z fabryką części do druku 3D, która zapewnia dokładne przeglądy DFM.

Proces-Poprawki poboczne

Zbuduj kontrolę temperatury w komorze i szybkości chłodzenia

Jednolita temperatura w komorze i stopniowe chłodzenie mają kluczowe znaczenie. Sprzętowi budżetowemu często brakuje precyzji potrzebnej do uzyskania spójnych wyników.

Jakość proszku i częstotliwość odświeżania (specyficzne dla SLS-)

Wysokie proporcje starzonego proszku wUsługa drukowania 3D z nylonui TPU SLS Printing Service zwiększają zmienność skurczu. W przypadku części o wąskiej-tolerancji zalecamy utrzymywanie proporcji świeżego proszku powyżej 50%.

Obróbka końcowa-naprawiająca (lub powodująca) zniekształcenia

Prawidłowe wyżarzanie za pomocą osprzętu pomaga złagodzić naprężenia. Niewłaściwa obróbka CNC może jednak wprowadzić nowe zniekształcenia. Doświadczone zespoły producentów druku 3D z metalu starannie sekwencjonują te kroki.

Skontaktuj się teraz

Wypaczenia w druku 3D rzadko są przypadkowe - i wynikają z wzajemnego oddziaływania właściwości materiału, decyzji projektowych, parametrów procesu i wiedzy dostawcy. Dobra wiadomość jest taka, że ​​większości problemów związanych z wypaczaniem można całkowicie zapobiec, jeśli zostaną rozwiązane na wczesnym etapie cyklu rozwojowego.

Gotowy do wyeliminowania problemów z wypaczaniem? Prześlij swoje pliki już dziś, aby uzyskać bezpłatną recenzję DFM i szczegółową wycenę. Nasz zespół specjalizuje się w dostarczaniu stabilnych,-jakości niestandardowych rozwiązań dla fabryk części do druku 3D z nylonu, TPU i metalu.

Referencje

Raport Wohlersa 2023: Globalny rynek wytwarzania przyrostowego i dane dotyczące materiałów

MarketsandMarkets 2024: Prognoza rynku SLS i metali AM

ASTM F3049 / ISO/ASTM 52900: Normy dotyczące charakterystyki materiałów AM

Biała księga techniczna EOS GmbH: Dane dotyczące skurczu SLS PA12 / TPU

Uwagi dotyczące zastosowania lasera koncepcyjnego / EOS: Wytyczne DMLS dotyczące naprężeń szczątkowych i obróbki cieplnej