3D-печать и ювелирные изделия: Основные параметры проектирования, опоры и ориентация

Введение

Чтобы лучше понять методы и параметры разработки цифрового дизайна для 3D-печати, важно понять, как работает 3D-принтер для стереолитографии Form 2. В дополнение к процессу упрочнения и создания очень тонких слоев полимера с помощью лазера слои подвергаются сдвиговым усилиям во время печати, когда принтер сбрасывает и подготавливает каждый последующий слой. Понимание сил, задействованных во время печати, помогает в понимании параметров как для проектирования, так и для печати.

В этой статье предполагается использовать знание работы CAD-программы в процессе моделирования с файлами, которые могут быть преобразованы в формат STL или OBJ. Мы использовали Rhino5, но те же самые принципы применимы к любому CAD ПО, с которым Вам удобно работать. Модели, показанные в качестве примеров, не претендуют на эстетическую ценность, но были созданы для демонстрации описанных принципов.

Другой технический процесс, отливка, также влияет на способ разработки модели. То, что Вы можете напечатать модель на своем Form 2, не значит, что она будет успешно выполнена.

Механика 3D-печати

КРАТКИЙ ОБЗОР

Печатные детали создаются на сборочной платформе Form 2 очень тонкими слоями по одному за проход. После печати каждого слоя платформа сбрасывается, чтобы разрешить печать следующего слоя. PreForm — бесплатное программное обеспечение для подготовки печати от Formlabs. PreForm позволяет загружать несколько 3D- файлов, а затем ориентировать, позиционировать и поддерживать Ваши проекты перед отправкой их на принтер. Это не инструмент проектирования или замена CAD ПО.

ПРОЦЕСС ПЕЧАТИ

Form 2 использует лазер для отверждения слоя полимера между двумя поверхностями, погруженными в резервуар для полимера в процессе, называемом отверждением. Лазер прослеживает путь в слое полимера, определяемый поперечным сечением Вашей детали на разных высотах, и начинается с «нижней» части, как это показано в программном обеспечении PreForm. PreForm помогает в этом процессе, нарезая срезы толщиной, определяемой выбранной Вами высотой слоя. Для ювелирных моделей с мелкими деталями рекомендуется высота слоя 25 микрон. Чем тоньше высота слоя, тем больше PreForm сформирует слоев, что приведет к более тонким деталям, но более продолжительному времени сборки.

Макет, отображаемый в PreForm (рис.1), показывает, как будет строиться печать, где она находится на плоскости «пола», от «нижней» части до верхней части детали. Вид в PreForm перевернут по отношению к тому, как будет напечатана деталь в принтере (рис. 2). PreForm отображает нижнюю часть платформы сверху. В принтере эта поверхность опускается вниз в ванну полимера, по существу, строя Вашу деталь вверх ногами.

image005

Рисунок 1: Вид в PreForm. 

Рисунок 2: Ориентация на принтере

Во время процесса лазерной отверждения полимер прилипает к сборочной платформе и последующим слоям полимера и слабо прилипает к оптически прозрачной силиконовой поверхности резервуара для полимера. Толщина каждого слоя определяется расстоянием между двумя поверхностями. Например, когда Вы устанавливаете толщину слоя 50 микрон в PreForm, машина будет использовать эту толщину для установки расстояния между поверхностями для каждого последующего слоя (рис.31).

После того, как каждый слой затвердеет, платформа и прикрепленные слои должны быть отделены от силиконовой поверхности резервуара для полимера. Резервуар перемещается боком по отношению к платформе для достижения этой цели и должен преодолевать силы сцепления и всасывания, удерживающие слой полимера на поверхности силикона. Несмотря на то, что они значительно слабее сил, удерживающих деталь на платформе, эти боковые силы могут вызвать искажение или нарушение в печатной детали, если они не будут компенсированы.

Поток полимера в резервуаре, создаваемый боковым движением отслаивания, является другой силой, действующей на деталь. Платформа поднимается над поверхностью резервуара для полимера, чтобы очиститель удалил с участка сборки любые частицы или мусор, которые могли бы помешать упрочнению следующего слоя, и циркулирует полимер в резервуаре (рис. 3.2)

Различные полимеры, используемые для печати, сначала затвердевают в указанной форме после воздействия лазерного луча. Этот процесс первоначального формования не полностью отверждает полимер. 3D-детали прямо после принтера часто упоминаются как находящиеся в «сыром состоянии».

После завершения печати деталь должна быть полностью отверждена сочетанием тепла и света. Стандартные материалы, такие как серый, белый и черный полимеры, могут использоваться для презентационных моделей в «сыром состоянии» без дополнительного отверждения. Функциональные полимеры, в частности, Castable Resin, требуют дополнительного отверждения, так как они довольно мягкие в «сыром состоянии». Полностью отвержденная деталь приведет к лучшему результату отливки. Тонкие детали отверждаются легче, чем толстые детали, и преимущество тонких и легких деталей заключается в том, что у них меньше массы, которую нужно контролировать во время процесса отслаивания.

Для получения дополнительной информации о процессе отверждения см. буклет: «Как механические свойства стереолитографической 3D-печати меняются в ходе УФ-отверждение».

2018-07-10_093216

Рис. 3.1: Не фактический размер, высота слоя увеличена для деталей. 

Рис. 3.2: Резервуар перемещается горизонтально, платформа поднимается, очиститель перемещается горизонтально. Не фактический размер, высота слоя увеличена для деталей.

Основы цифрового дизайна для печати и литья

КРАТКИЙ ОБЗОР 

Помимо создания красивых дизайнов, дизайнеры ювелирных изделий должны работать в рамках параметров стоимости и процесса, уделяя пристальное внимание толщине и весу стенок. Ювелирные изделия, как правило, предназначены для снижения веса из-за затрат на материалы (драгоценные металлы) и износостойкости, но при этом создают иллюзию обнадеживающего объема. Поддержание низкого веса и малой толщины стенок помогает добиться успешных отпечатков за более короткое время и требует меньше полимера для сборки. Полезный общий ресурс по руководящим принципам для технических деталей можно найти в Formlabs конструкторских спецификациях.

Процесс литья имеет свои собственные параметры успеха, которые будут рассмотрены в этом разделе.

То, что Вы можете распечатать свой дизайн, не значит, что Вы можете успешно применить его!

В этом документе представлен широкий обзор некоторых основополагающих принципов цифрового дизайна для ювелирной печати и литья, и поэтому он будет рассматривать только некоторые основные принципы и объяснения. Обратите внимание, что следующая информация предоставляется в качестве одного из многих подходов к техническим аспектам цифрового моделирования, и мы приветствуем обратную связь, если Вы согласны, не согласны или используете другой способ моделирования Ваших ювелирных изделий.

ВЕС И МИНИМАЛЬНАЯ ТОЛЩИНА СТЕНОК

Как описано выше, к печати прикладываются значительные силы, поскольку они строятся по слоям.

Если деталь спроектирована очень тяжелой, она требует большей поддержки во время процесса печати, чем более легкая деталь. Если деталь спроектирована очень легкой, необходимо принять другие меры, чтобы обеспечить успешную печать и литье.

При проектировании небольших легких деталей соблюдайте минимальные рекомендуемые толщины стенок для достижения наилучших результатов. Образец в виде кольца, изображенный ниже (рис. 4.1 — 4.3), смоделирован для демонстрации результатов той же модели с тремя толщинами стенки: 0,3 мм, 0,5 мм и 0,75 мм

Толщина стенки 0,3 мм (рис. 4.1) влечет за собой две основные проблемы: стены для печати не прямые, а значительно вогнутые. Это является результатом того, что эти очень тонкие стенки подвергаются воздействию не только сил отслаивания и потока во время процесса печати, но также и любой небольшой усадки полимера во время процесса отверждения печати и последующего пост-отверждения.

Отливка не полностью заполнена с одной стороны из-за тонкости стенок. Если выполнить несколько попыток литья, деталь может заполняться или не заполняться полностью, но нет способа преодолеть деформацию печатной детали.

При толщине стенки 0,5 мм (рис. 4.2) мы видим надежно заполненную заливку, но в боковых стенках имеются некоторые искажения и вогнутость. Мы использовали файл, чтобы сделать несколько сфотографированных разрезов вдоль поверхности, чтобы показать, что поверхность действительно вогнута. Можно было бы продолжить заполнение, чтобы сделать эту поверхность совершенно ровной, но это привело бы к опасно тонким стенам, которые не выдержали бы нагрузки от клиента, носящего кольцо.

Толщина стенки 0,75 мм (рис. 4.3) хорошо работает в этом масштабе с уменьшенным искажением. Те же самые несколько разрезов по поверхности дают очень незначительные поверхностные впадины, которые могут быть легко заполнены до плоскости без значительной потери толщины стенки. Результатом является структурно прочное кольцо, которое будет выдерживать повседневную носку.

image010

Рис. 4.1: Полая центральная секция с толщиной стенки 0,3 мм Обратите внимание на деформацию поверхностей и неполное заполнение. 

image011

Рис. 4,2: Полая центральная секция с толщиной стенки 0,5 мм Заполнение всей плоской поверхности демонстрирует контраст с центральной вогнутой стенкой.

image009

Рис. 4,3: Полая центральная секция с толщиной стенки 0,75 мм Заполнение всей плоской поверхности демонстрирует целостность плоской поверхности.

Большие детали должны быть спроектированы с практическим весом для печати и изготовления. Если деталь слишком тяжелая, для печати потребуется более прочная сеть опор, чтобы она не отсоединялась от опор сборки во время процесса отслаивания.

С практической точки зрения, тяжелые детали увеличивают материальные затраты, как конечного литого металла, так и полимера, используемого для печати, и, возможно, вызывают неудовлетворенность клиентов из-за неудобства ношения. Если деталь спроектирована слишком легкой, она сталкивается с потенциальными искажениями, вызванными усилиями отслаивания и отверждения. Слишком легкая деталь не может быть отлита из-за стенок или компонентов, слишком тонких чтобы правильно заполнить ее во время процесса литья, как указано выше для мелких деталей.

Как правило, в ручной обработке ювелирных изделий крупные детали должны быть спроектированы в виде полых форм с минимальной толщиной стенки, которая будет поддерживать структурную целостность и обеспечит повседневное ношение. На рисунке показан жесткий браслет шириной 18 мм, который имеет толщину стенки 0,9 мм.

Три варианта показаны на следующих двух страницах (Рис. 5.1 — 5.3) Первый вариант (рис. 5.1) печатается сплошной поверхностью, за исключением небольшого отверстия диаметром 3,5 мм, что позволяет проводить внутреннюю очистку изопропиловым спиртом (IPA) и заполнение полого браслета формовочной смесью для литья.

image015

image013

Рисунок 5.1: Цифровая и печатная модель полого браслета с одним маленьким отверстием для формовочной смеси. Обратите внимание на структуру опоры, необходимую для сборки этой детали (см. Раздел «Ориентация и опоры»).

Поверхность, изготовленная на Form 2, является гладкой и последовательной, что создает форму и поверхность, готовые для сварки пластины в маленьком отверстии и окончательной отделки. К сожалению, эту деталь нельзя отлить.

Основные причины, по которым любая попытка литья этой детали будет неудачной:

Промывка и отверждение: очень трудно промыть и отвердить внутренние поверхности этой полой формы, а неотвержденный полимер может реагировать с формовочной смесью, что вызовет ошибку отливки.

Формовочная смесь 1: будет очень сложно полностью заполнить внутреннюю часть браслета смесью, и даже если бы она была полностью заполнена, было бы также трудно удалить смесь после литья.

Формовочная смесь 2: Когда полимер выгорит, останется большой объем смеси в форме внутренней части браслета, плавающей в пространстве, известном как ядро, поддерживаемом только 3,5 мм цилиндром смеси, который был отверстием. Этот небольшой цилиндр формовочной смеси не может поддерживать это ядро, особенно когда расплавленный металл отливают с высокой скоростью в колбу.

Второй вариант (рис. 5.2) просто добавляет все больше и больше отверстий для доступа в полый внутренний браслет. Эти отверстия могут быть декоративными и служить неотъемлемой частью конструкции.

image020

Рис. 5.2: Цифровая модель полого браслета с несколькими большими отверстиями на внутренней поверхности, что позволяет успешно добавлять формовочную смесь и отливать.

Третий вариант (рис. 5.3) создает браслет из нескольких деталей. Используйте этот подход, если вы хотите закрыть все поверхности, или если Вы хотите создать декоративный сквозной узор внутри браслета, у которого есть слишком тонкая перфорация, чтобы успешно добавить формовочную смесь и отлить браслет как одно изделие. Построение опор и ключи в модели значительно упрощают сборку.

image018

image017

Рис. 5.3: Цифровая и печатная модель полого браслета с декоративной внутренней поверхностью. В этом примере показан перфорированный филигранный тип поверхности, разделенный на несколько деталей (одна из шести показанных внутренних поверхностей), что запретило бы полные и успешные заполнения формовочной смесью при печати как цельный браслет.

КРАПАНОВЫЕ ЗАКРЕПКИ ДЛЯ МАЛЫХ КАМНЕЙ

Большинство ювелирных изделий можно разложить на отдельные компоненты. Все эти компоненты должны быть не только пригодными для печати, но также и с возможностью использования. Если мы посмотрим на традиционные ювелирные изделия с камнями, мы увидим отдельные крепления для камней («закрепки») и структуру, чтобы удерживать эти закрепки вместе. Рассматривая пример кольца, состоящего из нескольких закрепок, мы можем разбить эти закрепки на крапаны и рамки. Кольцо, показанное ниже (рис.6), имеет 8 мм центральный камень и 2,5 мм боковые камни.

Для этих 2,5 мм боковых камней толщина ободка была 0,4 мм, а диаметр крапана 0,7 мм. Хотя для таких небольших частей толщина ободка может быть успешно напечатана при 0,3 мм, такая тонкая стенка может быть проблематичной для отливки.

Если литье будет успешным, то отделка этой отливки может уменьшить эту толщину до опасно тонкой стенки. 8-миллиметровый центральный камень имеет размеры ободка и крапана пропорционально больше на 1 мм, и это не создает проблем как для печати, так и для литья.

image024

image022

Рис. 6: Цифровая, печатная и литая модель кольца для центрального камня 8 мм с боковыми камнями 2,5 мм.

Когда меньшие камни устанавливаются внутри стенок, должны быть приняты аналогичные меры относительно толщины стенок по обе стороны от камней и диаметра крапана. При таком типе структурного и визуального применения толщина стенки должна составлять минимум 0,5 мм, а крапаны — не менее 0,5 мм.

Если Вы создаете свою модель с вертикальными стенками и крапанами, расположенными близко друг к другу, чтобы заполнить пространство камнями, то во время процесса печати крапан может слиться с боковой стенкой (рис. 7.1). Даже если он сохранит свое положение, тогда формовочная смесь почти наверняка разрушится в этой точке, и крапаны будут сливаться со стенкой (рис. 7.2 — 7.3)

ПРИМЕЧАНИЯ ПО ОТЛИВКЕ И ФОРМОВОЧНОЙ СМЕСИ:

Техника литья по восковым моделям (или, в нашем случае, литья по полимерным моделям) основана на герметизации детали огнеупорным материалом, формовочной смесью, который образует форму детали и позволяет расплавленному металлу заполнять точную площадь детали, после чего эта деталь полностью удаляется при горении при высокой температуре. Формовочная смесь очень тяжелая, но, как и в случае с очень твердыми материалами, она также очень хрупкая.

Цифровой дизайн для литья в металле требует понимания и планирования отрицательных (формовочных), а также положительных (полимерных или металлических после отливки) пространств.

В приведенном выше примере рассмотрите, какое очень небольшое пространство между крапанами и стенками остается для формовочной смеси. После того, как часть полимера сгорела, этот очень небольшой отрезок смеси должен выдерживать силу расплавленного металла, мчащегося в форму с высокой скоростью. В этом случае этого не произойдет.

Это дает два чрезвычайно важных результата:

  1. Формовочная смесь ломается, и металл просто свободно бежит между крапанами и стенкой
  2. Крошечные частицы смеси присутствуют в смеси расплавленного металла. Эти частицы вызывают пустоту, и они также могут появляться в металле вблизи поверхности. Есть немного вещей хуже, чем окончательная полировка, показывающая кусочки смеси.

Эти изображения иллюстрируют вертикальные стенки и крапаны, а также очень тонкую линию формовочной смеси между крапанами и стенкой.

image030

Рисунок 7.1: Цифровая модель кольца с прямыми стенками 0,5 мм и прямыми крапанами 0,5 мм.

image026

Рис. 7.2: Литьевое печатное кольцо, сформованное до выгорания и отливки, показывающее расстояние между стенками и крапанами.

image028

Рис. 7.3: Формовочная смесь после выгорания литьевой детали, перед литьем, показывающие отрицательные пространства в смеси между стенкой и крапанами.

Одним из способов решения этой проблемы является добавление наклона к боковым стенкам и крапанам (рис. 7.4 — 7.6). «Наклон» поворачивает эти стенки и крапаны так, чтобы они образовывали конус от более толстого основания до более тонкой вершины, и обычно угол наклона 5 градусов достаточен для улучшения литейности, не будучи мешающим. Если конструкция допускает это, то большой угол наклона всегда будет помогать лучше.

Это создает более прочную деталь с визуально более тонкими краями и дает большее пространство между верхней частью стенки и крапаном для того, чтобы смесь была более прочной в противостоянии силам при отливке. Может наблюдаться некоторое закрытие пространства, где крапан встречает стенку у ее основания из-за печатных и литых артефактов, но верхняя часть пространства будет определена и легче отлита.

Это пространство, которое ранее существовало только в цифровом файле, потому что оно было слишком маленьким, чтобы быть отлитым до того, как был добавлен наклон, позволяет осуществлять более безопасное литье и предоставляет направляющую для установки камней.

Несмотря на то, что наклон выходит за рамки этой статьи, наклон в таких деталях в модели также улучшает результаты в процессе формования и последующих процессах впрыскивания воскового состава. См. наш документ Литье под давлением с использованием вулканизированной резины с мастер-формами, отпечатанными на 3D-принтере для получения дополнительной информации о процессе.

Применяя угол наклона к нашим крапанам, мы увеличиваем линию формовочной смеси между зубцами и стенками для улучшения успеха литья.

image036

Рисунок 7.4: Цифровая модель предыдущего кольца (рис. 7.1)    с 5-градусным наклоном в боковых стенках и крапанах.

image032

Рис. 7.5: Как и ранее (рис. 7.2), пересмотренная деталь из формовочной смеси показывает увеличенное пространство между стенкой и крапаном.

image034

Рис. 7.6: Как и ранее (рис. 7.3), формовочная смесь после выгорания пересмотренной детали, демонстрирующая увеличение толщины смеси между стенкой и крапаном

ОТВЕРСТИЯ

Для всех практических целей отверстия должны иметь минимальный диаметр 0,5 мм, и этот диаметр должен использоваться только для отверстий в очень тонком материале. Вы можете использовать меньшие отверстия, но результаты могут быть несовместимы как с печатью, так и с отливкой.  В  кольце, изображенном ниже (рис. 8.1), отверстие 0,5 мм было смоделировано в центре нижней панели закрепок (скорее всего, нет необходимости в этом  отверстии,  но  это  хороший  пример!).  Такое  маленькое отверстие в относительно толстом куске металла приводит к риску разрушения формовочной смеси  во время литья и заполнения отверстий.

Заполненное отверстие всегда можно просверлить, но, как упоминалось выше, наличие заполненного отверстия означает, что в отливке есть частицы разрушенной формовочной смеси, которые могут вызвать дефект. Одно из решений состоит в том, чтобы просто указать концы сквозного отверстия, разделив сферу на обоих концах отверстия, обеспечивая направляющую для сверления (рис. 8.2).

image040

Рис. 8.1: Цифровая модель кольца с отверстием 0,5 мм, которое может заполняться во время отливки. Обратите внимание, что отверстие такого размера приведено только для иллюстрации. Если бы это была «настоящая» модель, отверстие было бы ближе к 1,5 мм и было бы успешно отлито.  

Рис. 8.2: Если необходимы небольшие отверстия, сверлите их после того, как деталь будет отлита. Создайте мелкое углубление, для которого не будет проблем с литьем. Это даст точный шаблон для сверления.

Другим решением для печати и отливки небольших сквозных отверстий (рис. 9.1) является добавление ажурного декора на заднюю часть отверстия (рис. 9.2). Это не только помогает выполнять печать и отливку, но сохраняет вес и добавляет декоративный элемент.

image038

Рис. 9.1: Отливка кольца, оставляя маленькие круглые сквозные отверстия за камнями. Рис. 9.2: Отливка кольца, смоделированная с прямоугольными ажурными отверстиями вокруг круглых камней, чтобы добавить визуальный интерес и улучшить литейность.

ВНУТРЕННИЕ УГЛЫ

Как мы видели ранее, важно учитывать отрицательные пространства в Вашем дизайне, особенно внутренние углы, которые могут вызвать проблему с резкими краями формовочной смеси, ломающимися в детали во время литья. Рассмотрим поток металла в форму и как сделать этот поток максимально плавным. Острые края, грубая отделка и даже острые или сжатые края от опор, которые не были полностью удалены, могут вызвать турбулентность в жидком металле. В лучшем случае отливка будет в порядке. В худшем случае эта турбулентность может вызвать пористость (представьте набегающую волну). По возможности, закруглите внутренние края (рис. 10.1 — 10.2), и если конструкция допускает, также и внешние края (рис.10.3 — 10.4). Потратьте время, завершая печать, сглаживая поверхности и удаляя любые артефакты

image042

Рис. 10.1: Острый угол (отрицательное пространство) в плече хвостовика, положительное пространство формовочной смеси может сломаться во время литья.

Рис. 10.2: Закругляя острый внутренний угол, положительные формовочные смеси становятся намного прочнее. Переопределение этого угла гравировкой при финишной обработке является простым решением.

image044

Рис. 10.3: Острые внутренние углы в этом квадратном отверстии создают турбулентность и потенциальный риск разрушения формовочной смеси.

Рис. 10.4: Закругление внутренних углов обеспечивает более прочные края и более плавный поток металла во время литья.

ВЫГРАВИРОВАННЫЕ ДЕТАЛИ

Все хотят иметь гравировку внутри кольца! Если изображения и текст достаточно большие, гравировка не должна вызывать никаких проблем. Если требуется очень тонкая гравировка, лучшим решением является поиск хорошего лазерного, машинного или ручного гравера. В приведенных примерах (рис. 11.1 — 11.4) буква E использовалась в разных шрифтах. Одно кольцо имеет буквы, выгравированные на глубину 0,3 мм (рис. 11.1), а другое — на глубину 0,5 мм (рис. 11.3). Как и любые функции, встроенные в деталь, а не нанесенные поверх него, такие отрицательные пространства должны быть созданы с наклоном. Высота наименьших букв составляет 1,5 мм, и наименьшие буквы декоративного шрифта, как правило, неудачны на обеих глубинах. В основном это связано с тем, что формовочная смесь не выдерживает этих тонких и сложных деталей, а также из-за приближения к пределу Вашего принтера для печати очень небольших отрицательных объектов.

Кажется, что эти маленькие буквы немного улучшаются на более мелкой глубине 0,3 мм, из-за того, что смесь, которая заполняет эти пространства, становится короче и, следовательно, прочнее. Когда смесь не выдерживает нагрузок, частицы этого разрушения могут нанести ущерб отливке. Для очень маленьких гравировок, их следует отдать на аутсорсинг; для больших букв или изображений узнайте, как эти объекты можно напечатать

image050

Рис. 11.1: Печать кольца с глубиной гравировки 0,3 мм.

image046

Рис. 11.2: Отливка кольца с глубиной гравировки 0,3 мм. Обратите внимание, что хотя наименьший шрифт E отображается, к тому времени, когда кольцо будет завершено и отполировано, гравировка может потерять все очертания..

image052

Рис. 11.3: Печать кольца с глубиной гравировки 0,5 мм.

image048

Рис. 11.4: Отливка кольца с глубиной гравировки 0,5 мм. Обратите внимание, что наименьшая буква лучше определена и может сохраниться до конца, но не гарантированно

РЕЛЬЕФ ПОВЕРХНОСТИ

При добавлении мелких деталей, поднятых над поверхностью, рассмотрите процесс финишной отделки. Даже самое совершенное литье выходит с матовой поверхностью, а в случае полимерных отпечатков появляются некоторые артефакты из-за создания слоев в процессе печати.

Хотя Form 2 дает исключительно гладкую поверхность, эти микроскопические слои могут оставаться видимыми в отливке. Поверхность отливки обычно очищают (процесс полировки), затем полируют (субтрактивный процесс), чтобы получить окончательную отделку. Процесс полировки удаляет материал, и если детали поверхности слишком тонкие, эта деталь будет уменьшена и потеряет визуальный эффект во время процесса полировки.

Простым и эффективным решением является выделение рельефа. На изображении ниже (Рис.12) показана «проволока» диаметром 0,3 мм в хвостовике с канавкой. Это будет потеряно или уменьшено по силе к тому моменту, когда деталь будет закончена. Преувеличивая глубину канавки и высоту «проволоки» при сохранении той же ширины 0,3 мм, конечные готовые детали лучше достигают желаемого эффекта.

image054

Рисунок 12: Цифровое изображение проектного рельефа слева и преувеличенный рельеф для достижения спроектированного эффекта после отделки.

ВОДОНЕПРОНИЦАЕМЫЕ МОДЕЛИ

Чтобы получить наилучшую возможную печать, важно убедиться, что Ваша цифровая модель «водонепроницаема», что означает, что все поверхности твердого объекта соединены без каких-либо открытых швов. Проверяйте открытые швы, используя команды анализа, такие как «показать края» в Вашей программе CAD . Ремонт моделей не всегда простая задача и выходит за рамки этой статьи.

Еще одна важная деталь, которую следует отметить, — это различие между сгруппированными компонентами и логическими компонентами. Группировка собирает несколько отдельных конструкций и позволяет ими манипулировать как одной деталью, а логический процесс создает единую конструкцию из нескольких отдельных конструкций. PreForm, ПО которого готовит модели для печати на Form 2, способно устранить многие проблемы, такие как открытые швы и сгруппированные или логические детали.

Сгруппированные и «протекающие» (в отличие от водонепроницаемых) детали иногда печатаются после ремонта в PreForm. Однако иногда PreForm не может исправить все ошибки в Вашем файле и позволяет в любом случае осуществлять печать. Изображение (рис. 13) — это та же самая деталь, одна из сгруппированного файла с некоторыми открытыми краями, а другая — из логического и водонепроницаемого файла.

Самый надежный подход — проверка и исправление Ваших цифровых моделей перед отправкой их на принтер

image056

Рисунок 13: Верхняя печать является результатом печати файла с использованием сгруппированных компонентов без должного соединения в «водонепроницаемое сплошное тело». Нижняя печать является результатом того, что те же самые элементы, соединенные вместе правильно, образуют «водонепроницаемое сплошное тело».

Ориентация и опоры

ОПОРЫ

Как обсуждалось ранее, отпечатанные детали наращивают путем отверждения последующих слоев полимера между сборочной платформой и прозрачной поверхностью резервуара для полимера. Слои затвердевают в пространстве области сборки по геометрии Вашей модели. Слои должны быть соединены со сборочной платформой, или каждый отвердевший слой просто всплывет в резервуаре.

Опоры опускаются с поверхности сборочной платформы до детали и поддерживает привязку детали, чтобы последующие слои точно строились друг на друге, не плавая. Инструмент слайдера PreForm, расположенный справа от экрана, позволяет перетаскивать их вверх и вниз, чтобы индивидуально проверять каждый слой.

Убедитесь. что каждый слой можно проследить от основания до крайних точек Вашей детали. Если линия не может быть нарисована сверху вниз в случае нависающих объектов. при перетаскивании инструмента ползунка Вы можете заметить появление «островов». Принтер будет рисовать эти формы независимо. Это может привести к появлению плавающих пятен из затвердевшего материала в резервуаре, что может вызвать проблемы позже при сборке. Один из способов исправить это — обеспечить поддержку любых островков. Таким образом. Вы можете нарисовать линию от основания детали, через печатную опору и до конца своей детали. Чтобы узнать больше об этой идее. посмотрите раздел «Местные миниатюры и островки» в нашем учебном видеона тему “Для чего нужны опоры.”

Существует три варианта поддержки Вашей детали:

  • PreForm автоматически создает структуру опоры на основе параметров, выбранных для плотности и размера точки касания
  • PreForm автоматически создает структуру опоры, и Вы можете редактировать размещение, размер и количество точек касания с помощью кнопки «Редактировать» на экране опоры. PreForm будет генерировать точки касания размером всего 0,3 мм. Небольшие размеры имеют преимущество в поддержке небольших деталей, не затеняя их, но они обеспечивают меньшую структурную поддержку.
  • Вы можете создать свою собственную структуру опоры в своей модели. Малогабаритная и легкая конструкция ювелирных изделий может позволить использовать упрощенные опоры, как в некоторых примерах колец, показанных ранее, только с одной большой опорой в нижней части хвостовика.

Устранение дополнительных опор позволяет упростить очистку и отделку поверхности, но это может означать, что деталь не полностью поддерживается. Поэкспериментируйте, попробуйте различные настройки и изучите свой принтер.

Здесь должна быть сделана одна оговорка: когда отпечатанные детали неудачны, они оставляют остатки в резервуаре для полимера, а затем полимер необходимо фильтровать и очищать резервуар для удаления таких частиц и обеспечить отсутствие загрязнения для следующего задания на печать (прочитайте документ “Очистка резервуара для полимера” для получения дополнительной информации) После того, как Вы выполните эту процедуру несколько раз, она не будет занимать слишком много времени. Поэтому не используйте это как оправдание, чтобы прекратить экспериментировать!

image060

Рис. 14.1: Неисправность в сферическом кольце при печати с предварительной ориентацией PreForm.

Рис. 14.2: Сферическое кольцо с отверстием, обращенным вверх (или вниз в фактической сборке, чтобы не захватывать полимер), нижняя поверхность сферы демонстрирует небольшую деформацию.

Рис. 14.3: Сферическое кольцо с опорой CAD и основанием, «неправильная» ориентация из-за возможности захвата полимера внутри сферы, фактически дало лучший результат.

ВЛИЯНИЕ ОРИЕНТАЦИИ НА ПЕЧАТЬ

Успех печати зависит от того, как детали ориентированы во время печати. Для простейших деталей ориентация менее критична, но по мере того, как детали становятся более сложными, вдумчивая и правильная ориентация приобретает значение. Помните о силах, действующих на каждый слой печати: отслаивание и поток полимера. При просмотре детали в PreForm эта деталь отображается поверх поверхности сборочной платформы. Платформа Form 2 печатает в перевернутом состоянии относительно изображения, показанного в PreForm.

Есть два основных препятствия для устранения этого. Во-первых, печать больших плоских поверхностей, параллельных сборочной платформе, подвергает эти поверхности значительным силам отслаивания и течения, и требует огромных опор для успешной печати. Самое простое исправление заключается в том, чтобы направить такие поверхности таким образом, чтобы только части поверхности подвергались усилиям печати в любой момент времени. Во-вторых, полые объекты могут захватывать полимер, если отверстие объекта ориентировано над лотком для полимера. После того, как полая деталь будет герметизирована, полимер может быть захвачен внутри, деформируя конечную поверхность и добавляя массу во время процесса отслаивания / потока. Самое легкое решение состоит в том, чтобы сориентировать Вашу деталь так, чтобы отверстие полого объекта опустилось в лоток для полимера.

Следующие примеры (рис.14.1 — 14.6) показывают различные ориентации одной и той же детали, в большинстве случаев против правил. Для сферического кольца была выбрана автоматическая угловая ориентация PreForm (рис.14.1), но для квадратного кольца угловая ориентация PreForm (рис.14.5) дала наилучшие результаты по точности и чистоте поверхности. Квадратное кольцо с плоской вершиной параллельной и близкой к поверхности сборки выполнено предсказуемо и показывает, что поверхность не соответствует требованиям (рис.14.4), с артефактами этого несоответствия, прилипшими к поверхности детали. Квадратное кольцо с единственной опорой, встроенной в массив (рис.14.6), было напечатано почти так же, как и запланировано PreForm, и его было бы легче очистить. Самое важное, что следует извлечь из этих примеров, — это важность экспериментов в обучении использованию Вашего принтера.

image058

 

Рисунок 14.4: Квадратное кольцо с плоской поверхностью параллельной сборочной платформе, плоская поверхность не соответствует требованиям.

Рис. 14.5: Квадратное кольцо с автоориентацией PreForm, выполненное лучше всего

Рис. 14.6: Квадратное кольцо, ориентированное не в соответствии с правилами, напечатано отлично, создавая закрытый контейнер с отверстием направленным вверх.

Ориентация детали может влиять на то, сколько опор необходимо. Используйте инструмент «Слайдер» в PreForm, чтобы убедиться, что все детали модели поддерживаются. В этих первых примерах (рис.15.1 — 15.3) кольцо было расположено под углом с низкой плотностью опор, а четыре из неподдерживаемых крапанов не печатались. Закрепка изумруда установлена в интуитивном вертикальном положении (рис. 15.4), и Вы можете видеть, что внутренний угол очень тонкой формы сердца в галерее отсутствует (рис.15.5 — 15.6). Для такой небольшой детали было бы нецелесообразно добавлять опору этому углу, так как очистка никогда не может быть завершена полностью. Этого можно было бы предотвратить с помощью инструмента «Слайдер». Как только мы перевернем закрепку изумруда, чтобы внутренние точки сердца поддерживались предыдущими слоями, они отлично печатаются (рис. 15.7)

image065

Рис. 15.1: Кольцо с угловой ориентацией.

image063

Рис. 15.2: Использование инструмента Слайдер в PreForm для просмотра неподдерживаемых островков, которые будут уплывать во время печати.

image062

Рис. 15.3: Кольцо напечатано, показывая неполную сборку верхних больших крапанов из-за неподдерживаемых островков.

image067

Рис. 15.4: Закрепка изумруда в вертикальной ориентации.

image070

Рис. 15.5: Использование инструмента Слайдер, чтобы убедиться, что внутренняя часть декора в форме сердца не будет успешно печататься

Рис. 15.6: Печать закрепки изумруда, показывающая, что внутренние точки сердец не печатаются. Также обратите внимание, что усадка происходит до и после того, как крапаны прикрепляются к верхнему щитку закрепки.

Другая проблема с печатью в этой ориентации может быть видна там, где крапаны центрального камня прикреплены к верхней рамке закрепки как в кольце, так и в закрепки. Там, где крапаны не прикреплены к щитку, происходит очень небольшое сжатие полимера, что связано с переходом от относительно тяжелой части к гораздо более тонкой части (рис. 15.6 и 15.8).

image072

Рис. 15.7: Закрепка изумруда перевернулась так, что внутренние объекты декора в виде сердца поддерживаются предыдущими слоями.

image076

Рис. 15.8: Это кольцо было напечатано в вертикальной ориентации и показывает усадку крапанов, прежде чем оно будет прикреплено к верхнему щитку закрепки

Одним из решений проблемы усадки полимера, когда деталь резко переходит от тонкой к толстой, является  ориентация детали таким образом, что большая часть длины тонкого крапана строится по мере того, как она встречается

image073

Рис. 15.9: Закрепка изумруда ориентирована так, что переход от толстого к тонкому минимизируется, что значительно улучшает смешение крапана в рамку.

Рис. 15.10: Кольцо ориентировано так, что переход от толстого к тонкому минимизируется, что значительно улучшает смешение крапана в рамку.

КРАТКО О ЛИТЬЕ

Мы уже рассмотрели некоторые проблемы с литьем печатных деталей, но при литье необходимо учитывать другие соображения или отправить распечатанную деталь на аутсорсинг.

Где Вам нужен литник или лучший вопрос, где он Вам не нужен? Литник должен быть размещен в месте, которое обеспечивает наилучший поток металла в форму, и там, где он не мешает конструктивным компонентам и не затрудняет очистку отливки. Если Вы не знаете, где разместить литник, спросите своего отливщика, где он предпочел бы разместить литник, и обсудите с ним возможные проблемы.

Какой металл Вы используете для отливки? Золото и серебро не являются проблемными металлами, но платину трудно отливать в лучших условиях и еще труднее при отливке полимеров. При литье полимеров для платины большинство изготовителей рекомендуют печатать на твердом полимере, а затем изготавливать форму, чтобы воски можно было использовать для литья (см. нашу документацию по вулканизации)

Даже лучшие отливщики иногда не могут успешно отлить некоторые детали. Если Ваш дизайн чрезвычайно сложный, неплохо было бы отправить дополнительный отпечаток на случай, если первая отливка не увенчается успехом.

image078

Заключение

Информация, обсуждаемая в этом документе, должна использоваться в качестве руководства для построения успешных цифровых моделей, но не существует единственного правильного способа моделирования дизайна. Самое важное действие, которое Вы можете выполнить для обучения работе с принтером, заключается в понимании его сильных сторон и ограничений и экспериментах, чтобы наилучшим образом использовать его сильные стороны и работать в пределах его ограничений

Контакты

Официальный дистрибьютор Formlabs в России и странах таможенного союза - iGo3D Russia.

ООО «АЙ ГОУ 3ДЭ»

Физический адрес: 109380 Москва, ул. Ставропольская, 84, строение 1

Юридический адрес: 109428 Москва, Рязанский проспект, дом 8а, стр. 1, офис 637

График работы: ПН-ПТ с 10.00 до 19.00, СБ-ВС — выходные.

ИНН 7701384189

ОГРН 1147746032059

Телефон: +7(495)232-03-22

Электронная почта: info@igo3d.ru

Остались вопросы?

Свяжитесь с официальным представителем и эксклюзивным дистрибьютором в России!

+7 (495) 232-03-22