27 Ontwerptips voor 3D-printen

03 aug 2018

Additive Manufacturing (AM), of ook wel metaal 3D Printen genoemd, is een productiemethode die unieke kenmerken en mogelijkheden biedt. Het biedt de mogelijkheid om vrijer te ontwerpen zonder rekening te hoeven houden met bewerkingsbeperkingen. Om optimaal te kunnen ontwerpen voor 3D-printen en het maximale uit deze technologie te halen, is het van cruciaal belang om een ​​goed begrip te hebben van het proces, de beperkingen en de mogelijkheden ervan. Bij Mobius 3D Technologies (M3DT) kunnen we u helpen met het ontwerpen van producten of het aanpassen van bestaande producten om ze te optimaliseren voor 3D-printen. In deze blog bieden we een lijst met 27 ontwerptips en overwegingen die u zullen helpen met goed ontwerpen voor 3D printen.

  1. Probeer de hoeveelheid benodigde ondersteuning te minimaliseren

Voor oppervlakken met een hoek van 45 graden of minder ten opzichte van de bouwplaat zijn printsupports nodig. Probeer ervoor te zorgen dat de minste hoeveelheid ondersteuning nodig is tijdens het afdrukproces. Dit vermindert de hoeveelheid nabewerkingswerk en resulteert in een lagere prijs.

  1. Combineer onderdelen tot een onderdeel om assembleren te voorkomen.

Bekijk uw samenstellingen en bedenk of het mogelijk is om verschillende onderdelen in één onderdeel te combineren. De ontwerpvrijheid van AM zou het mogelijk kunnen maken om dergelijke complexe gecombineerde onderdelen als één product te produceren. Dat bespaart tijd en geld voor alle stappen na het produceren van losse onderdelen.

  1. Maak volledig gebruik van de ontwerpvrijheid die deze technologie biedt.

U hoeft zich geen zorgen te maken over vrije vormen zoals aerodynamische oppervlakken of geoptimaliseerde interne kanalen. Met AM is het net zo eenvoudig om te produceren in complexe vormen als eenvoudige geometrische vormen!

  1. Zorg ervoor dat de holle delen een gat hebben om het poeder na het afdrukken te verwijderen.

Dunne en asymmetrische vormen hebben het grootste risico om te vervormen. Vervormingen kunnen grotendeels worden voorkomen met de juiste warmtebehandeling. Spanningsarm gloeien wordt toegepast op de 3D-geprinte producten terwijl ze nog steeds met printsupports aan de bouwplaat zijn bevestigd. Dit zorgt ervoor dat interne spanningen worden verminderd voordat de supports worden verwijderd, zodat deformatie die uit deze spanningen zou kunnen voortvloeien, wordt beperkt.

  1. Gaten met diameters groter dan 7 mm vereisen interne steunen

De maximale diameter voor supportloze, verticaal georiënteerde gaten of kanalen is ongeveer 7 mm. Gaten of kanalen met een grotere diameter vereisen interne print supports die moeilijk te verwijderen kunnen zijn. Een mogelijkheid is om kanalen met een druppelvorm te ontwerpen. In dit geval wordt de bovenkant van de cirkelvormige doorsnede van een kanaal vervangen door twee lijnen op 45 graden met een kleinere halve cirkel (diameter minder dan 7 mm) aan de bovenkant. Het is natuurlijk vereist om te weten hoe het product op de bouwplaat zal worden geplaatst.

  1. Creëer geen overhangen van meer dan 0,5 mm zonder steunen

De maximale niet-ondersteunde overhanglengte is ongeveer 0,5 mm. Een grotere overhang onder een hoek kleiner dan 45 graden vereist supports.

 

  1. Vermijd contact tussen oppervlakken door een speling van 0,2 mm aan te houden

Het is aan te raden om een ​​speling tussen de oppervlakken van minimaal 0,2 mm toe te staan. De aanbevolen minimale gat diameter en maximale pen diameter zijn 0,5 mm.

  1. Voor eenmalige situaties: probeer te ontwerpen met minimalisering van de bouwhoogte in gedachten

De kosten voor de uren van de printer vormen de belangrijkste bijdrage aan de productprijs. Daarom is het belangrijk om het bouwvolume van de machine efficiënt te gebruiken. Voor eenmalige productie het product, indien mogelijk, zo ontwerpen dat het gemakkelijk kan worden georiënteerd met een minimale printhoogte. Om dit mogelijk te maken, moet men de regels voor het genereren van supports op die productoriëntatie toepassen. Voor grotere partijen is dit minder belangrijk, zolang het bouwvolume efficiënt wordt gebruikt.

  1. Houd rekening met de beperkingen van het bouwvolume

Bij Mobius 3D Technologies is het grootste printvolume dat we momenteel aanbieden 250x250x280mm. Het is mogelijk om een ​​product in delen te printen en nadien aan elkaar te lassen. Omdat het AM-proces vergelijkbaar is met een lasproces, zijn AM-materialen meestal goed geschikt om te lassen.

  1. Denk aan de oppervlakteruwheid en of deze na het afdrukken kan worden gewijzigd

Welke oppervlakteruwheid kan worden verwacht? Rechtstreeks uit de printer kan een oppervlakteruwheid van ongeveer 6 Ra worden verwacht. Na wat trommelen en / of stralen is een ruwheid van 2-3Ra haalbaar. Bij correct polijsten kan een spiegelgladde afwerking (<0.8Ra) worden bereikt op 3D geprinte onderdelen.

  1. Weet welke toleranties redelijkerwijs van de AM-productiemethode kunnen worden verwacht.

Houd rekening met een maatnauwkeurigheid van ongeveer +/- 0,1 mm per 100 mm. Neem contact op met ons op wanneer u twijfelt of bepaalde dimensionale toleranties kunnen worden bereikt. 3D-printen kan vooralsnog geen nauwkeurigheid op micrometerniveau bereiken. Als dergelijke toleranties vereist zijn, is nabewerking noodzakelijk. In een dergelijk geval kan het handig zijn om opspanpunten toe te voegen aan het ontwerp die kunnen worden gebruikt voor het opspannen tijdens het bewerkingsproces.

  1. Houd er rekening mee dat gaten vaak iets kleiner zijn dan de aangegeven afmetingen.

Gaten blijken vaak iets kleiner uit te vallen dan de afmetingen die in het 3D ontwerp worden aangegeven vanwege materiaalvervormingen. Vooral voor kleine gaten kan de krimp een aanzienlijk percentage van de diameter zijn. Het is moeilijk om direct te bepalen welk percentage krimp rekening mee gehouden moet worden genomen, omdat dit afhankelijk is van de diameter van het gat, de bouwrichting en de hoeveelheid omringend poeder. Bij M3DT passen we schaling toe op de diameters van de gaten in de printbestanden om voor de krimp te compenseren.

  1. Lange, slanke producten kunnen tijdens het 3D printen vervormen, indien niet juist ontworpen en gepositioneerd.

Tijdens het AM-proces wordt een aanzienlijke hoeveelheid warmte toegepast om het product op te bouwen. Deze warmte zal materiaalspanningen veroorzaken die kunnen resulteren in productvervormingen. De manier waarop een product vervormt en de omvang van de vervormingen is erg afhankelijk van de vorm van het specifieke product, de oriëntatie van het product, de juiste plaatsing van afdruksteunen, de instellingen van de machine en de warmtebehandeling. Vraag bij ons na hoe de producten het beste op de bouwplaat kunnen worden gepositioneerd. Wij geven kosteloos advies.

  1. Als uw product deel uitmaakt van een samenstelling, houdt dan rekening met de vorige paar tips over welke toleranties verwacht kunnen worden.

Overweeg informatie te delen over hoe het product zal worden gebruikt en geef ons de kans te adviseren hoe het product wordt samengesteld om het beste resultaat te bereiken.

  1. Combineer het printen met machinale bewerkingen, 3D printen vóór het machinaal bewerken of machinaal bewerken voor het 3D printen.

Sommige producten zijn relatief eenvoudig te produceren met andere methoden voor het grootste deel, maar kunnen een klein kenmerk hebben dat erg moeilijk te maken is. In dergelijke gevallen is het de moeite waard om een ​​half product machinaal te bewerken, dit halfproduct in de 3D-printer te plaatsen en het ingewikkelde kenmerk toe te voegen met behulp van Additive Manufacturing. Dit is ook een erg interessante mogelijkheid voor versleten slijtdelen. Het slijtdeel kan weer aangeprint worden.

  1. Houd er rekening mee dat het losse poeder na het printen moet worden verwijderd.

Als een product interne functies zoals koelkanalen bevat, moet het printpoeder worden verwijderd nadat het printproces is voltooid. Dit is meestal geen probleem. Mobius heeft ervaring met het schoonmaken van een bijna 1 meter lang gekruld kanaal met een diameter van slechts 1 mm. Het is ook mogelijk om holle structuren ​te printen om lichtgewicht componenten te maken (en mogelijk de afdruktijd te verkorten). Houd er rekening mee dat wanneer het poeder uit de holte moet worden verwijderd, er ergens een klein gaatje moet worden geplaatst om toegang te krijgen. Indien nodig kan het gat worden afgesloten met lassen of lijmen van een dopje.

  1. Houd bij het ontwerpen van een product met interne kanalen of holtes rekening met de ontwerpregels voor printen zonder supports.

Supports kunnen nodig zijn binnen de interne structuur. Deze supports kunnen in het product blijven of worden verwijderd. Als ze moeten worden verwijderd, is het belangrijk om na te denken over hoe en wanneer dit kan worden gedaan. Gespecialiseerde gereedschappen zijn mogelijk vereist.

  1. Interne kanalen kunnen worden behandeld om hun oppervlakteafwerking te verbeteren tot 0,8 Ra.

Zoals besproken in tip 10, zullen onbehandelde oppervlakken een ruwheid hebben van ongeveer 6 Ra. Hetzelfde geldt voor interne kanalen. Vaak is een betere oppervlakteafwerking vereist om de stromingseigenschappen te verbeteren. Dit kan worden bereikt met intern polijsten. Tijdens het polijstproces wordt een pasta door de kanalen gepompt en werkt het als een polijstmiddel.

  1. Gebruik van Meta-materiaalkenmerken zonder extra fabricagekosten.

Een opwindende nieuwe mogelijkheid die Additive Manufacturing heeft mogelijk gemaakt, is de ontwikkeling van metamaterialen. Metamaterialen zijn poreuze materialen die zijn gestructureerd als herhalingen van mesh-structuren. Door de geometrie van de ‘mesh’ te wijzigen, is het mogelijk om de effectieve materiaaleigenschappen te wijzigen. We zullen hier niet dieper ingaan op dit onderwerp, maar er is veel interessante literatuur beschikbaar over dit onderwerp.

  1. Zorg dat topologie-optimalisatie in uw voordeel werkt!

Topologie-optimalisatie kan u helpen om efficiënt geoptimaliseerde structuren te ontwerpen. Topologie-optimalisatieprogramma’s zijn iteratieve oplossers die gebruik maken van eindige-elementenmethoden (EEM) om materiaalspanningen te bepalen, gegeven een bepaalde onderdeelgeometrie en randvoorwaarden. Na elke calculatie-cyclus wordt materiaal uit de gebieden met lage spanningen verwijderd. Dit proces resulteert in een enigszins organisch ogende vorm die is geoptimaliseerd voor het hanteren van gespecificeerde belastingen met minimaal materiaalgebruik. Het voordeel is dus dat er alleen materiaal wordt gebruikt dat echt nodig is in de constructie. Dit zorgt ervoor dat het product erg lichtgewicht is en ook nog eens voordelig geproduceerd kan worden met 3D printen. Het vervaardigen van dergelijke vormen is zeer uitdagend met andere productiemethoden dan Additive Manufacturing.

  1. Zorg ervoor dat u voldoende wanddikte hebt, minimaal 0,3 mm.

Voor 3D-printen met metalen is een wanddikte van minimaal 0,3 mm nodig. Alles dunner dan dat is kritiek. Het is niet onmogelijk, maar men moet in gedachte houden dat het extra inspanningen vergt om tot de juiste afwerking te komen.

  1. Overweeg de laagdikte om de kwaliteit te definiëren die u wilt bereiken

In principe kan elke vorm met Additive Manufacturing worden geproduceerd. Bij het ontwerpen voor Additive Manufacturing moet echter wel rekening worden gehouden met een aantal zaken. Het product is laag voor laag opgebouwd. Deze lagen variëren meestal van 20 tot 100 micrometer. Met behulp van de juiste machine-instellingen, zullen kleinere lagen resulteren in een product van hogere kwaliteit met een gladder oppervlak en minder microporeusheden. Goed vervaardigd AM-product kan een dichtheid van meer dan 99,9% bereiken.

  1. Houd rekening met de instellingen voor de opbouw-instellingen en het printproces

Kwaliteitsproducten gemaakt met Additive Manufacturing hebben materiaaleigenschappen die sterk lijken op machinaal bewerkte of gegoten producten. De kwaliteit van het product hangt echter af van het gebruik van de juiste bewerkingsinstellingen, slimme productplaatsing en het beheer van het juiste materiaal voor het printpoeder. Vaak is de taaiheid van AM-materialen groter in vergelijking met hetzelfde materiaal in bulk of in gegoten vorm. Dit kan voordelig zijn of niet, afhankelijk van de functie en specificaties van het product. De meeste AM leveranciers hebben materiaal datasheets beschikbaar.

  1. Weet waar je de supports op wilt plaatsen

Om voldoende ondersteuning te bieden bij het laag voor laag opbouwen van een product, zijn er printsupports nodig die het product aan de bouwplaat hechten. Deze ondersteuningen worden tijdens de nabewerking verwijderd. Oppervlakken waarop deze printsteunen zijn bevestigd, hebben meestal meer aandacht nodig tijdens de nabewerking om de oppervlaktekwaliteit te verbeteren. Dit is een van de factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het bepalen van de beste manier om een ​​product op de bouwplaat te positioneren. Soms wordt een extra marge genomen op een naar beneden gericht plat oppervlak. Dit maakt het mogelijk om enig materiaal van het oppervlak te verwijderen, zodat de vereiste oppervlakte-afwerking kan worden bereikt. Sommigen van de “regels” die bepalen of ondersteuningen op een bepaald oppervlak vereist zijn, worden in de volgende tips beschreven.

  1. Wees creatief!

Geef je geest de vrijheid om te innoveren: er zijn geen beperkingen aan de vorm van het product die extra kosten met zich meebrengen. Een vrij gevormd product kan zelfs vaak gemakkelijker worden vervaardigd dan een vereenvoudigde geometrie.

  1. Zorg dat je een gedetailleerde 3D-tekening hebt!

Geen behoefte aan gedetailleerde 2D-tekeningen: voor complexe producten kan het maken van goede technische tekeningen een tijdrovende klus zijn. Dit is niet nodig voor het AM-proces, aangezien het 3D-bestand zelf wordt gebruikt om het laserpatroon te bepalen dat moet worden gevolgd om het product op te bouwen. Zorg er dus voor dat uw bestand geen ongedefinieerde randen of oneffen oppervlakken bevat. Elk detail wordt zichtbaar in de 3D-print, dus het moet vloeiend en gedefinieerd zijn. Als u niet bekend bent met 3D-geprinte producten, kunt u het best eisen aan oppervlakteruwheid en belangrijke toleranties specificeren.

  1. Combineer 3D-scannen en 3D-printen!

Heeft u een reserveonderdeel nodig, maar heeft u geen tekeningen meer? Denk aan het doen van een 3D-scan en het gebruik van de scan als productiebestand voor 3D-printen!

[Bonus Tip] Maak je geen zorgen over je definitieve ontwerp: iteraties brengen geen extra kosten met zich mee voor 3D-printen

Het is onwaarschijnlijk dat het veranderen van een klein ontwerpkenmerk een grote invloed heeft op het productieproces. Geen nieuwe bewerkingsprogrammering of nieuwe gietmal vereist. Dit maakt AM een zeer flexibel proces.