Ondersteunende structuren voor 3D-printen:de belangrijkste dingen die u moet weten

Veel AM-professionals beschouwen ondersteunende structuren als een noodzakelijk kwaad en kijken uit naar de dag dat de printtechnologie ze overbodig maakt. Hun intelligente toepassing opent echter een breed scala aan mogelijkheden voor het printen van complexe modellen die anders niet haalbaar zouden zijn. Met de juiste draagconstructies is het nu bijvoorbeeld mogelijk om in één oplage een uitgekiend frontstuk voor een sportwagen te produceren.

Ondersteuningsstructuren, zoals de naam al aangeeft, ondersteunen uw onderdeel tijdens het hele printproces, zodat elk element schoon en nauwkeurig kan printen, zonder vervorming door uitzakken. Ze bieden een stabiel platform waarop verdere lagen kunnen worden geprint en zorgen ervoor dat het onderdeel gedurende het hele proces stevig aan het printbed blijft zitten.

Ongeacht welke methoden voor 3D-printen uw bedrijf gebruikt, u zult op een bepaald moment ondersteuningsstructuren als onderdeel van het proces moeten beschouwen, dus in de tutorial van vandaag zullen we kijken naar de ondersteunende elementen die nodig zijn tijdens de meest gebruikte printprocessen en hoe u ze effectief kunt gebruiken.

Laten we nu eens kijken welke ondersteuningsstructuren nodig zijn voor verschillende afdrukmethoden:

Selectief lasersinteren en bindmiddelstralen

Bij het printen met deze technologieën zijn geen ondersteunende structuren nodig. Tijdens het printproces biedt het poederbed zelf ondersteuning voor het model, waarna het eruit kan worden getild en gereinigd. Om materiaalverspilling tot een minimum te beperken, moet u ervoor zorgen dat u ontsnappingsgaten in uw voltooide ontwerp maakt, zodat overtollig poeder aan de binnenkant van het onderdeel tijdens de nabewerking kan worden verwijderd.

Directe metaallaser-sintering

Hoewel DMLS een poederbed op dezelfde manier gebruikt als SLS, zijn er nog steeds ondersteunende structuren nodig om ervoor te zorgen dat het onderdeel stevig aan het printbed blijft zitten. Ze helpen ook om vervorming te voorkomen en ervoor te zorgen dat de warmte goed wordt afgevoerd - essentieel bij de hoge temperaturen die in DMLS worden gebruikt.

Optimale onderdeeloriëntatie is hierbij de sleutel en kan helpen om de behoefte aan ondersteuningsstructuren te minimaliseren door overhangen te vermijden. Als algemene regel geldt dat voor overstekken met een hoek van minder dan 45° een draagconstructie nodig is, houd hier dus rekening mee bij het bepalen van de ideale afdrukhoek. Als bonus kan dit ook helpen om zichtbare lagen in het voltooide onderdeel te minimaliseren.

Idealiter zou de behoefte aan ondersteunende structuren bij elk DMLS-project moeten worden geminimaliseerd, omdat ze vrij moeilijk te verwijderen kunnen zijn en vaak draadsnijden of CNC-bewerking vereisen om een ​​professioneel resultaat te bereiken. Als ze onvermijdelijk blijken, zijn offset-ondersteuningsstructuren meestal gemakkelijker te verwijderen, omdat ze het aantal te snijden oppervlakken kunnen verminderen wanneer het onderdeel van het printbed wordt verwijderd.

Gesmolten depositiemodellering

Voor FDM-afdrukken is ondersteuning vereist voor uitsteeklengtes van meer dan 45° en voor bruggen van meer dan 5 mm. Wat betreft de eigenlijke ondersteuningsstructuren, is het gebruikelijk geworden om speciaal ontworpen ondersteuningsmaterialen te gebruiken, die tijdens het printen via een aparte extruder aan de build worden toegevoegd. Zodra het afdrukken is voltooid, worden ze eenvoudig opgelost in water of een geschikte chemische stof. Dit proces heeft het voordeel dat het volledig handsfree is en betekent dat er niet verder hoeft te worden geschuurd en gepolijst om de vlekken te verwijderen die normaal gesproken worden achtergelaten wanneer ondersteunende structuren worden verwijderd. Het vereist echter het gebruik van een multi-head printer en het volledig oplossen van de steunen duurt meestal enkele uren.

Als alternatief zijn bepaalde ondersteunende materialen ontworpen om eenvoudig los te komen van het voltooide onderdeel, zonder dat een water- of chemisch bad nodig is. Dit is mogelijk sneller, maar het verwijderen van de ondersteunende structuren moet worden meegenomen in het ontwerp van het onderdeel om ervoor te zorgen dat ze netjes kunnen worden verwijderd, zonder dat er materiaal achterblijft.

De twee meest voorkomende oplosbare materialen voor FDM-draagstructuren zijn polyvinylalcohol (PVA) en slagvast polystyreen (HIPS). PVA lost op in water, maar houd er rekening mee dat het nogal gevoelig is voor temperatuurwisselingen, wat de tijd die nodig is om op te lossen kan beïnvloeden en zelfs kan leiden tot verstoppingen in de printerkop. HIPS daarentegen wordt minder beïnvloed door temperatuur en lost op in limoneen (een gemakkelijk verkrijgbare huishoudreiniger) in plaats van in water. Als u van plan bent HIPS te gebruiken, zorg er dan voor dat u rekening houdt met de kosten van limoneen in uw budget, aangezien dit een aanzienlijke doorlopende uitgave kan worden, afhankelijk van uw afdrukvolumes.

Stereolithografie

Ondersteuningsstructuren zijn altijd nodig bij het printen met SLA, zowel om vervormde gebieden te voorkomen als om ervoor te zorgen dat uw onderdeel goed op het printbed blijft zitten totdat het klaar is. Het goede nieuws is dat ondersteuningen vrij eenvoudig te verwijderen zijn in vergelijking met andere processen, en meestal met weinig moeite kunnen worden verwijderd. Houd er rekening mee dat de juiste onderdeeloriëntatie het aantal ondersteuningsstructuren dat nodig is tijdens een SLA-afdruk kan beperken. Als alternatief kan het mogelijk zijn om een ​​onderdeel af te drukken als meerdere afzonderlijke stukken die vervolgens aan elkaar kunnen worden geknipt of gelijmd, waardoor de noodzaak voor steunen wordt geminimaliseerd of geëlimineerd.

Aangezien SLA-onderdelen aanzienlijk kwetsbaarder zijn dan onderdelen die met andere methoden zijn geproduceerd, moet u voorzichtig zijn bij het wegschuren van sporen die zijn achtergelaten door ondersteunende structuren. Overweeg als alternatief voor schuren een lichte parelstraal als een manier om een ​​gladde, schone afwerking te krijgen.

Materiaalspuiten

Bij het printen met material jetting hebben alle uitsteeksels ondersteunend materiaal nodig, ongeacht de hoek. Deze steunen zijn echter veel gemakkelijker te verwijderen dan bij andere methoden, en kunnen na het printen meestal eenvoudig worden afgeknipt, waarbij relatief weinig schuren en polijsten nodig is om achtergebleven sporen te verwijderen.

Tot slot een paar algemene richtlijnen om in gedachten te houden:

• Overweeg welke delen van het onderdeel het meest zichtbaar moeten zijn (bijv. de onderdelen van een prototype die het meest zullen worden gezien door het beoogde publiek), en vermijd het bevestigen van steunen daar, om ervoor te zorgen dat ze er zo schoon en aantrekkelijk mogelijk uitzien.
• Vermijd overbodige ondersteuningsstructuren, omdat deze alleen de afdruktijd verhogen en tot materiaalverspilling leiden
• Controleer of alle ondersteuningsstructuren na het afdrukken toegankelijk zijn. Alle moeilijk bereikbare steunen zijn moeilijk schoon te verwijderen.
• Houd er rekening mee dat de interne delen van een model mogelijk ook ondersteuningsstructuren nodig hebben, dus bedenk hoe deze na het afdrukken worden verwijderd. Het kan nodig zijn om het ontwerp in twee delen te splitsen die afzonderlijk kunnen worden afgedrukt en vervolgens aan elkaar kunnen worden gelijmd.
• Bevestig geen ondersteuningsstructuren aan delicate structuren, of waar dan ook met fijne details, aangezien dit kan leiden tot detailverlies wanneer ze worden verwijderd
• Bepaalde printers hebben de mogelijkheid om automatisch ondersteunende structuren toe te voegen. Als alternatief kunt u ze toevoegen aan uw favoriete softwareplatform, hetzij met de hand, hetzij met behulp van een geïntegreerde tool die berekent waar ondersteuning nodig is. Overweeg het niveau van controle dat u wilt over uw ondersteuningsstructuren voordat u een beslissing neemt.
• Investeer in een set hoogwaardige punttangen en vlakkniptangen, omdat dit het verwijderen van ondersteunende structuren veel gemakkelijker maakt. Gebruik tangen waar onderdelen eenvoudig kunnen worden afgebroken en frezen voor steunen die meer precisie vereisen om een ​​schoon resultaat te krijgen. Sommige mensen geven er de voorkeur aan om hiervoor een mes te gebruiken, of om hele kleine steunen te verwijderen, maar houd er rekening mee dat dit kan krassen op delicatere materialen, dus werk voorzichtig
• Bij het gladstrijken van eventuele markeringen die zijn achtergebleven bij het verwijderen van structuren, moet u voorzichtig schuren om ongewenste maatveranderingen te voorkomen. Meer informatie over schuren vindt u in onze laatste tutorial.

Bij het werken met ondersteuningsstructuren van welke aard dan ook, is de belangrijkste regel om voorzichtig te zijn en zorgvuldig te werk te gaan. Als u dit doet bij het toevoegen van ondersteuningen in uw CAD-software en bij het verwijderen tijdens de nabewerkingsfase, zult u geweldige resultaten behalen met uw 3D-afdrukken.