3D поддержки в печати. Материалы для реализации программы дополнительного образования

Практическая работа. Поддержки в 3D печати

3D печать может осуществляться различными методами, но на данный момент в основе каждого их них лежит послойное формирование т.е. каждый объект выращивается определенным образом и состоит из множества горизонтальных слоев склеенных собственным или связующим материалом. Если ваша модель имеет выступ или свесы, которые не поддерживаются в процессе печати, вам необходимо добавить дополнительные структуры, чтобы обеспечить успешную печать, в противном случае каждый следующий слой «висящий в воздухе» будет провисать и качество отпечатка будет неприемлемо. Поддержки в большинстве случаев не требуются в 3D печати методом спекания или связывания порошковых материалов в частности технология SLS, DLMS, SLM, CJP, SHS, т.к. свесы и выступы поддерживаются материалом окружающим модель во время печати.

Несущие конструкции считаются неизбежным злом в 3D-печати. С одной стороны, они абсолютно необходимы для моделей с критичными свесами, выступами или мостами. С другой стороны, они увеличивают расход материала, увеличивают время последующей обработки и могут сильно повредить поверхность модели. Поэтому правильное создание поддерживающих структур 3D-печати является очень важным аспектом 3D-печати сложных моделей. В этой статье мы рассмотрим все, что вам нужно знать о поддержках в 3D-печати.

В предыдущей статье мы рассмотрели рекомендации по проектированию 3D моделей, где рассматривается каких минимальных толщин и углов нужно придерживаться. 

Вот несколько примеров выступов и мостов, проиллюстрированных с помощью букв Y, H и T.

Выступы и мосты проиллюстрированы на классическом примере букв Y, H и T.

Однако не все свесы должны поддерживаться. Общее практическое правило: если свес наклоняется под углом менее 45 градусов от вертикали, вы можете смело печатать модель, не используя опорные конструкции

Для свесов под углом более 45 градусов от вертикали требуются поддержки для 3D-печати

Оказывается, что 3D-принтеры используют очень небольшое горизонтальное смещение (едва заметное) между последовательными слоями. Таким образом, слой не укладывается идеально поверх предыдущего слоя, а складывается с небольшим смещением. Это позволяет принтеру печатать свесы, которые не слишком сильно отклоняются от вертикали. Все, что ниже 45 градусов, может поддерживаться предыдущими слоями.

Этот аспект лучше всего иллюстрируется буквами Y и T. Два выступа в букве Y имеют угол менее 45 градусов относительно вертикали. Поэтому, если вы хотите напечатать букву Y, вы можете это делать без использования каких-либо структур.

Выступы в форме буквы Y не требуют поддержек, между тем при печати буквы Т они необходимы.

С другой стороны, выступы в букве Т имеют угол 90 градусов от вертикали, поддержки просто необходимы, в противном случае результат будет неудовлетворительным, как показано ниже.

Не всем мостам требуется поддержка — правило 5 мм.

Точно так же как свесы, не все мосты нуждаются в поддержках. Здесь действует следующее правило: если длина моста меньше 5 мм, принтер может распечатать его, без поддержек.

Для этого принтер использует технику, называемую шунтированием — когда он растягивает горячий материал на короткие расстояния и печатает его с минимальным провисанием.

Однако, если длина моста больше 5 мм, этот метод не работает. В этом случае вам необходимы опоры.

Как определить? Протестируйте ваш 3D принтер на возможность свесов.

Как было описано выше, свесы от вертикали под углом менее 45 градусов, не нуждается в поддержках. Этот угол может варьироваться и он очень сильно зависит от вашего принтера, его состояния и материала, который вы используете. Принтеры в плохом состоянии могут даже не печатать без поддержек, свесы под углом 35 или 40 градусов от вертикали.

Выявить оптимальный угол довольно просто. Просто скачайте эту модель Massive Overhang Test и распечатайте ее. Эта модель имеет ряд выступов от 20 градусов до 70 градусов с шагом 5 градусов. Определите угол, в котором слои начинают провисать. Это максимальный угол наклона, который ваш принтер может печатать без поддержки.

Недостатки использования поддержек для 3D печати

1. Увеличение расхода материала

Несущие конструкции требуют дополнительного материала они удаляются и выбрасываются после печати.

Если вы используете 3D-печать в коммерческих целях, то скорее всего, вы заботитесь о стоимости модели и конечно же стоимость отпечатка с наличие поддержек в себестоимости будет дороже, чем печать без оных.

1. Увеличение времени 3D печати

Поддержки несомненно увеличивают время 3D-печати, в связи с большим объемом используемого материала.

1. Дополнительная постобработка 3D модели

Вспомогательные структуры требуют дополнительную постобработку

Поддержки не являются частью модели. Это означает, что после завершения печати у вас есть дополнительная задача — удалить структуры до того, как модель будет использоваться по назначению.

В производственных условиях, дополнительная работа означает увеличение себестоимости 3D модели.

1. Риск повреждения модели

Структуры поддержки соприкасаются и часто прилипают к стенкам моделей. Осторожны удаляйте структуры поддержек, в противном случае они могут оставить повреждения на поверхности модели. В худшем случае часть модели может сломаться вместе с поддержкой.

В целом, есть существенные недостатки использования дополнительных несущих конструкций для 3D-печати. Поэтому — еще одно практическое правило: минимизируйте использование поддержек при 3D-печати ваших моделей и добавляйте их только при необходимости. В последующих разделах мы покажем вам, как применять это правило прямо на этапе проектирования, вплоть до печати.

Виды поддержки

Существует два распространенных типа поддержек для 3D-печати: древовидная (точечная) и линейная / аккордеонная.

1. Древовидные (точечные) поддержки

Древовидная поддержка — это древовидная структура, которая поддерживает выступы 3D модели. Этот тип поддержки для 3D-печати касается только выступов в определенных точках.

Древовидные структуры поддержек 3D-модели

Преимущество использования древовидной поддержки 3D-печати состоит в том, что ее легче удалить, не повредив соприкасающиеся части выступа и расходуется меньше материала. Но обратите внимание, что они подходит только для неплоских выступов, таких как кончик носа, кончик пальца или дуги. Они не обеспечивает достаточной устойчивости для горизонтальных, плоских выступов. Широко применяются в фотополимерной 3D печати (SLA, DLP, LCD).

1. Линейная или аккордеонная Поддержка

Это наиболее распространенный тип поддержки, используемый в 3D-печати. Этот тип поддержки состоит из вертикальных столбиков, которые касаются всего свеса, выступа или моста. Этот тип поддержки работает практически для каждого выступа и моста. Тем не менее, их гораздо сложнее удалить и они гораздо чаще приводят к повреждению поверхности модели, к тому расход материала много выше, чем при использовании древовидных поддержек.

Минимизация поддержек

Минимизация структур поддержек 3D-печати путем переориентации.

Иногда свести к минимуму необходимые структуры поддержки так же просто, как переориентировать модель на печатной платформе. Например, намного лучше напечатать открытую коробку, показанную ниже, с открытой гранью сверху.

Минимизация использование структур поддержки, искусно переориентировав модель на столе 3D принтера

Письменно ответьте на вопросы:

1. Какой недостаток несет в себе использование несущих конструкций в 3D модели?

2. В чем заключается правило 45 градусов? Нарисуйте модели: которую нужно печатать с поддержками и без поддержек.

3. В чем заключается правило 5 миллиметров?

4. Что называют шунтированием и для чего его используют?

5. Как узнать оптимальный угол для печати без поддержек?

6. Какие существуют недостатки использования поддержек?

7. Какие два типа поддержек используются? Схематически изобразите каждый.

8. Какое самый простой способ позволяет минимизировать использование поддержек? В чем его недостаток?