Dacă ați lucrat vreodată cu piese de model de imprimare 3D, știți că scalarea unui model nu înseamnă doar tragerea unui glisor în software-ul dvs. de tăiere. Este un pas care transformă un design digital într-o piesă funcțională, potrivită pentru utilizare, fie că imprimați o carcasă de mână robotizată personalizată pentru roboți umanoizi și dibaci, un prototip mic pentru un produs de larg consum sau o piesă de schimb pentru echipamente industriale. În calitate de furnizor de piese pentru modele de imprimare 3D, am petrecut ani de zile depanând greșelile de scalare care au transformat printuri netede, destinate, în mizerie deformată, nefuncțională. De la ajustările inițiale ale designului până la ajustările finale ale secțiunii, scalarea necesită echilibrarea preciziei tehnice cu limitările de producție din lumea reală. Să dezvăluim exact cum să o facem corect.
În primul rând, începeți cu întrebarea de bază: de ce trebuie să scalați în primul rând? Am avut clienți care au venit la mine cu modele care erau perfecte pe ecran, dar prea mici pentru a fi asamblate sau prea mari pentru a se potrivi cu ansamblul țintă. De exemplu, un client în ultimul trimestru a adus un design de prindere robotizat la scară 1:10 care trebuia să fie montat pe o platformă de testare, dar când a venit timpul să imprime, și-au dat seama că știfturile de balamale erau prea mici pentru a fi ținute sub stres. Creșterea cu 20% a făcut ca pinii să fie suficient de robusti pentru a funcționa, dar numai după ce am bifat câteva casete critice pentru a evita capcanele obișnuite. Primul pas nenegociabil înainte de ajustarea oricăror dimensiuni este confirmarea sistemului de unitate al designului original. Nimic nu deraiează scalarea mai repede decât amestecarea milimetrilor și inci sau presupunând că un design a fost construit într-o unitate atunci când dispozitivul dvs. de tăiere este implicit la altul. Odată am avut un client nou să trimită un model 3D marcat „inci” pe care software-ul lor CAD îl salvase de fapt în milimetri; scalarea acestuia cu 25,4 (factorul de conversie) a transformat un suport de rulment de 1 inch într-un gigante de 25,4 inchi care nu s-ar potrivi pe placa noastră de construcție SLS Printing Service. Verificați întotdeauna unitățile mai întâi – majoritatea instrumentelor CAD precum SolidWorks, Fusion 360 sau Blender vă permit să setați și să verificați unitățile în meniul „Proprietăți document” sau „Setări scenă”.
Apoi, identificați ce dimensiuni să scalați uniform față de care să ajustați selectiv. Scalare uniformă - întinderea sau micșorarea întregului model cu un singur procent - funcționează pentru multe piese, în special pentru prototipuri sau piese decorative necritice. Dar părți funcționale, cum ar fiCarcasă de mână robotizată personalizată pentru roboți umanoizi și abiliproducem, rareori avem nevoie de scalare uniformă. Forța de prindere a unei mâini robotizate depinde de diametrul exact al carcaselor sale de articulație, de lungimea segmentelor sale de degete și de distanța dintre roțile sale de viteză. Scalarea tuturor dimensiunilor cu 15% ar putea face mâna mai mare, dar ar putea arunca ochiul de viteză sau ar putea provoca degetele să se lovească unul de celălalt atunci când se îndoaie. Pentru aceste părți, folosim o combinație de scalare uniformă pentru dimensiunea totală și scalare selectivă pentru caracteristici critice. De exemplu, vom scala întregul model pentru a se potrivi pe placa de construcție, apoi vom ajusta doar buzunarele interne ale rulmentului cu o fracțiune de milimetru pentru a ține cont de contracția care are loc în timpul post-procesării peImprimarea 3D a pieselor din plasticsauPiese de imprimare 3D din rășină. Cheia aici este să distingeți între dimensiunile „critice” (cele care afectează potrivirea, funcționarea sau asamblarea) și dimensiunile „non-critice” (cum ar fi ornamentele decorative care afectează doar aspectul).
Una dintre cele mai neglijate părți ale scalării este luarea în considerare a contracției și toleranței specifice imprimării 3D. Indiferent de tehnologia pe care o utilizați – SLS, FDM, rășină – toate piesele imprimate 3D se vor micșora ușor pe măsură ce se răcesc și se întăresc. Imprimarea SLS, de exemplu, folosește pulbere de nailon sau polipropilenă care fuzionează strat cu strat; piesele se micșorează cu aproximativ 0,2-0,5% pe fiecare axă pe măsură ce se răcesc, în funcție de material. Părțile din rășină, întărite cu lumină UV, se micșorează și mai mult - de obicei 0,3-0,8% - și adesea au nevoie de un mic tampon suplimentar pentru a ține seama de asta. Am învățat asta la începutul afacerii mele: un client a comandat un set de carcase personalizate pentru un robot mic, scalate uniform și presupunând că nu se micșorează, iar când au ajuns, angrenajele nu s-au blocat deloc. A trebuit să le reimprimam cu un tampon suplimentar de 1% pe dinții internii angrenajului, care a fixat perfect potrivirea. De aceea, atunci când lucrăm cu echipa noastră, adăugăm întotdeauna un strat de „toleranță specifică materialului” fiecărei piese scalate. Pentru serviciul de imprimare SLS, avem valori de contracție pre-calibrate pentru fiecare material plastic pe care îl oferim, așa că scalarea unui model și ajustarea pentru contracție este la fel de simplă ca introducerea codului corect de material în setările noastre de tăiere. Pentru piesele din rășină, ajustăm factorul de scalare în timpul etapei de pregătire a modelului, mai degrabă decât în dispozitivul de tăiere, pentru a ține cont de rata de contracție mai mare.
O altă greșeală comună este scalarea incorect a părților cu pereți subțiri. Dacă imprimați o carcasă mică sau un suport cu pereți mai mici de 2 mm grosime, scalarea uniformă a acelei părți poate face pereții prea subțiri pentru a fi structurali sau prea groși pentru a se potrivi într-un ansamblu strâns. De exemplu, o piesă de schimb pentru un aparat de epocă care are o grosime de 1,5 mm s-ar putea scala până la 1,8 mm, ceea ce este suficient de puternic, dar dacă o reduceți accidental, pereții ar putea deveni 1,2 mm și se pot crăpa la o presiune ușoară. Când scalați părți cu pereți subțiri, utilizați instrumentul pentru grosimea peretelui tăietorului pentru a verifica dimensiunea minimă a peretelui după scalare. Majoritatea dispozitivelor de feliere au o setare de „grosime minimă a peretelui” care semnalează zonele în care pereții sunt prea subțiri pentru material. Pentru pereți subțiriPiese model de imprimare 3D, recomandăm adesea scalarea selectivă: păstrați grosimea peretelui la fel ca și designul original și ajustați numai dimensiunile exterioare generale pentru a se potrivi cu potrivirea necesară. În acest fel, integritatea structurală a pereților subțiri rămâne intactă, chiar dacă piesa crește sau se micșorează.
Potrivirea și asamblarea sunt ultimele verificări care trebuie finalizate înainte de a trimite un model la scară la imprimare. Chiar dacă dimensiunile arată perfect pe ecran, trebuie să testați cum se vor potrivi piesele în lumea reală. Pentru piesele care se fixează cu șuruburi, adăugați 0,2-0,3 mm la diametrul găurilor pentru șuruburi dacă măriți piesa — plasticul se poate comprima ușor când șurubul este strâns, astfel încât spațiul suplimentar împiedică blocarea șurubului sau dezlipirea orificiului. Pentru piesele care alunecă împreună, cum ar fi un cuier și o gaură, testați spațiul liber: un cuier care are exact dimensiunea găurii va fi prea strâns din cauza aderenței stratului, așa că adăugarea unui spațiu liber de 0,1 mm pentru piesele din rășină sau 0,15 mm pentru piesele SLS asigură o potrivire lină. Recomand întotdeauna să faceți un test de „potrivire uscată” cu două părți scalate înainte de a imprima lotul complet. Dacă comandați un prototip mic, imprimați-l mai întâi într-un material ieftin pentru a confirma potrivirea, apoi scalați și ajustați pentru producția finală. Acest lucru economisește mult timp și bani pentru retipariri - ceva despre care fiecare furnizor de piese pentru modele de imprimare 3D știe că este esențial pentru a menține clienții fericiți.
Acum, să vorbim despre scalarea pentru diferite cazuri de utilizare, deoarece scalarea unui prototip este foarte diferită de scalarea unei piese de producție. Prototipurile, de exemplu, sunt adesea mărite sau reduse pentru a face mai ușor de văzut sau de testat micile detalii. Un prototip la scară 1:2 al unui braț robot este excelent pentru testarea mișcării, dar scalarea lui de 2x poate face ca senzorii mici să fie prea mari pentru a se potrivi, așa că ați putea scala selectiv doar monturile senzorului pentru a-și păstra dimensiunea inițială. Piesele de producție, pe de altă parte, au nevoie de scalare consecventă în fiecare unitate pentru a asigura interschimbabilitatea. Dacă faceți 100 de carcase de mână robotizate personalizate, fiecare trebuie să aibă exact aceleași dimensiuni, așa că folosim un singur factor de scalare pentru toate piesele și aplicăm o ajustare fixă de contracție pe material. În acest fel, fiecare mână se potrivește aceluiași model de robot fără modificări personalizate. Pentru producția de volum mare, facem, de asemenea, mai întâi o imprimare de testare a loturilor mici - 5-10 unități - pentru a verifica consistența la scară înainte de rulările complete de producție. Am avut odată un client care avea nevoie de 500 de carcase de viteze pentru o unealtă electrică; am imprimat 10 unități de testare, am măsurat fiecare și am constatat că factorul de scalare a fost redus cu 0,1 mm în dinții angrenajului. Ajustarea factorului de scalare cu acea cantitate mică a însemnat că toate cele 500 de unități se potrivesc perfect, cu zero retipăriri.
Dar modelele la scară pentru anumite tehnologii de imprimare 3D? Acolo experiența face cu adevărat diferența. FDM, de exemplu, are o dimensiune minimă a caracteristicilor de aproximativ 0,8 mm, astfel încât scalarea unui model cu file de 0,5 mm va face ca acele file să dispară sau să devină zimțate. Imprimarea SLS poate gestiona funcții mai mici, până la 0,3 mm, astfel încât scalarea unui model cu detalii mici este sigură. Imprimarea cu rășină este cea mai precisă, cu caracteristici de până la 0,1 mm, deci este excelentă pentru scalarea modelelor cu detalii fine, cum ar fi text sau piese mecanice mici. Când lucrăm cu clienții la scalarea pieselor pentru proiectul lor, întrebăm întotdeauna ce tehnologie folosesc, deoarece asta schimbă strategia de scalare. Un model mic și detaliat pentru imprimarea cu rășină va avea nevoie de un factor de scalare diferit față de o parte structurală mare pentru SLS. De exemplu, carcasele personalizate pentru mâini robotizate pe care le imprimăm pentru companiile de robotică folosesc nailon SLS deoarece este puternic și flexibil; scalarea acelor părți înseamnă ajustarea pentru rata de contracție mai mică a SLS și asigurarea faptului că segmentele degetelor sunt suficient de lungi pentru o mișcare lină. Dacă am folosi rășină pentru acele carcase, piesele ar fi prea fragile pentru utilizare repetată, astfel încât scalarea este adaptată materialului și tehnologiei.
Mai este și problema scalarii pentru estetică, nu doar funcționalitate. Dacă imprimați un model decorativ, cum ar fi o figurină sau o piesă de afișare, scalarea este mai flexibilă, dar trebuie totuși să evitați distorsionarea proporțiilor. Am văzut clienții scalarea unui model de cavaler medieval cu 20% și întind accidental picioarele disproporționat, făcând silueta să pară ciudată. Pentru scalarea estetică, utilizați instrumentul de „scalare uniformă” al software-ului dvs. CAD și verificați proporțiile în fereastra de vizualizare - majoritatea instrumentelor au un instrument de riglă care vă permite să măsurați caracteristici cheie precum dimensiunea capului, lungimea brațului și înălțimea trunchiului pentru a vă asigura că rămân proporționale. Dacă trebuie să ajustați proporțiile pentru stil, faceți-o selectiv, nu schimbând factorul general de scalare. În acest fel, modelul își păstrează aspectul dorit fără a întrerupe funcționalitatea.
La sfârșitul zilei, scalarea unui model 3D pentru imprimare nu este un proces într-un singur pas - este o serie de verificări și ajustări care depind de funcția piesei, de materialul utilizat și de tehnologia de imprimare 3D. Indiferent dacă imprimați o componentă robotizată personalizată, o piesă de schimb sau un model decorativ, luați-vă timp pentru a verifica unitățile, a distinge dimensiunile critice de cele necritice, luați în considerare contracția și testarea potrivirii vă va scuti de greșeli costisitoare și retipăriri. În calitate de furnizor de piese pentru modele de imprimare 3D, am văzut cum chiar și erorile mici de scalare pot deraia un proiect, așa că echipa mea și cu mine acordăm prioritate acestor pași pentru fiecare comandă pe care o luăm. Dacă aveți un proiect care are nevoie de piese de imprimare 3D precise, la scară – fie că este vorba de carcasa manuală robotizată personalizată pentru robotul dumneavoastră, piese funcționale din plastic sau piese din rășină cu detalii ridicate – suntem aici pentru a vă ajuta. Contactați echipa noastră pentru a discuta despre proiectul dvs. și pentru a obține o ofertă personalizată care se potrivește nevoilor dumneavoastră.
Referinte:
- Gibson, I., Rosen, DW și Stucker, B. (2015). Tehnologii de fabricație aditivă: imprimare 3D, prototipare rapidă și producție digitală directă. Springer.
- Kalpakjian, S. și Schmid, SR (2021). Procese de fabricație pentru materiale de inginerie. Pearson.
- Hopkinson, N., Haga, R., & Dickens, P. (2006). Fabricarea rapidă: o revoluție industrială pentru era digitală. John Wiley & Sons.
