De rol van nesten in 3D-printen van polymeren

Bij het runnen van een 3D-printbedrijf is het verlagen van de printkosten een van de eerste doelen op de lijst. Een manier om kosten te besparen en het gebruik van uw 3D-printvloot te optimaliseren, is door nesting, een veelvoorkomende stap tijdens het gegevensvoorbereidingsproces voor 3D-printen.

Vandaag zullen we kijken naar wat nesten is, de voordelen ervan, evenals enkele tips die u zullen helpen nesten efficiënter toe te passen.

Wat is nesten in 3D-printen?

Bij 3D-printen maakt nesten deel uit van een bouwvoorbereidingsfase die het gebruik van het bouwvolume van een 3D-printer optimaliseert.

Nesten kan worden vergeleken met Tetris, een spel waarbij je de vallende blokken van verschillende vormen moet rangschikken om de lijn te vullen, terwijl je met nesten zoveel mogelijk onderdelen in één 3D-printer probeert te verpakken om kosten te besparen en de productiviteit van de machine te verhogen.

Nesten wordt het meest gebruikt met Powder Bed Fusion (PBF)-technologieën, zoals Selective Laser Sintering (SLS) en HP's Multi Jet Fusion (MJF).

Geautomatiseerd of handmatig, nesting sorteert, oriënteert en rangschikt 3D-bestanden om de ruimte in een 3D-printer te maximaliseren, zonder de niet-bebouwde gebieden te hinderen. Inefficiënt gebruik van nesting kan leiden tot materiaalverspilling en drukfouten.

Waarom zou je nesten gebruiken bij 3D-printen?

1. Machinecapaciteit optimaliseren 

In PBF omvat het printproces het gebruik van poedervormige polymeren en een warmtebron. Wanneer een laag poeder wordt verspreid, volgt een warmtebron de contouren van het onderdeel gedefinieerd door de software, waardoor het materiaal versmelt. Het proces wordt herhaald totdat de onderdelen zijn geproduceerd.

De afgewerkte onderdelen blijven in de 3D-printkamer, vol met ongefuseerd, los poeder en moeten worden verwijderd en gereinigd.

Het losse poeder dat de bedrukte delen omringt, werkt ook als ondersteunend materiaal en kan gedeeltelijk worden gerecycled en hergebruikt.

Materialen voor PBF zijn duur en kunnen een groot deel van de kosten van een onderdeel uitmaken. Om de output van een PBF 3D-printer te maximaliseren en tegelijkertijd een grotere materiaalefficiëntie te introduceren, moet een bedrijf zijn capaciteit volledig benutten.

Nesten is naar voren gekomen als een van de oplossingen om een ​​hogere pakkingsdichtheid mogelijk te maken - wat in wezen betekent dat zoveel mogelijk onderdelen in één build worden verpakt, voor een optimaal gebruik van de machinecapaciteit.

Door meer onderdelen in te pakken, kun je dezelfde hoeveelheid in minder tijd printen of meer onderdelen in dezelfde bouwkamer.

2. Materiaal opslaan

In PBF moet je altijd meer poeder gebruiken dan nodig is om een ​​onderdeel te printen. De werkelijke hoeveelheid wordt bepaald door hoe hoog uw model is. Het ongebruikte poeder kan opnieuw worden gebruikt door het te mengen met vers poeder, maar in veel gevallen gaat er veel poeder verloren.

Een dienstverlener schat bijvoorbeeld dat van de 500 kg poeder die hij per maand koopt, '25% een onderdeel wordt, 25% afval is en 50% wordt hergebruikt voor het verversen van de volgende build'.

Door uw onderdelen optimaal te nesten en de hoogte van uw bouwplatform te verkleinen, kunt u materiaal besparen en uw productie versnellen.

3. Kosten verlagen

Bij het berekenen van de kosten van een 3D-printonderdeel is een van de belangrijkste factoren het selectiekader van het onderdeel, dat verwijst naar de rechthoekige ruimte die uw volledige 3D-model bevat en bepaalt hoeveel ruimte het onderdeel inneemt in de 3D printer.

Door uw stukken optimaal te nesten, kunt u meer stukken in één begrenzingsvak passen. Hierdoor kunt u meer onderdelen tegelijk printen, wat inhoudt dat u sneller produceert en minder poeder verspilt, wat u onnodige kosten bespaart.

Volgens sommige schattingen kunnen geneste modellen ongeveer 30 procent aan besparingen opleveren. Door onderdelen te ontwerpen met nesting in gedachten, kan de besparing tot 60 procent verder worden vergroot.

Dat gezegd hebbende, niet alle onderdelen zullen profiteren van nesten. Soms is het voordeliger om onderdelen in aparte begrenzingsvakken af ​​te drukken, zoals op onderstaande afbeelding.

Handmatig vs geautomatiseerd nesten

Tegenwoordig is de nesting-mogelijkheid te vinden in de meeste oplossingen voor het voorbereiden van 3D-printgegevens. Veel van dergelijke softwareoplossingen bieden handmatige nesting, wat vaak tijdrovend is en vaardigheid vereist om de best mogelijke combinatie van onderdelen op de plaat te vinden die de ruimte minimaliseert.

Een vuistregel is om te beginnen met het grootste model en de kleinere delen eromheen te rangschikken, of, indien mogelijk, erin.

Verschillende tools op de markt bieden ook geautomatiseerd nesten, zoals Materialize Magics en Netfabb, waardoor het nestproces wordt versneld.

Geautomatiseerde nestgereedschappen kunnen een van de twee typen onderdeelnesten gebruiken:een selectiekader of op geometrie gebaseerde nesting.

Het nesten van begrenzingskasten neemt de maximale X-, Y- en Z-waarden van uw onderdeel en vormt een vak rond het onderdeel. Nesten op basis van geometrie kijkt naar het oppervlak van het onderdeel en spaties op basis van de werkelijke onderdeelgeometrie.

Het nadeel van het nesten van de begrenzingsdoos is dat het moeilijk kan zijn om er hogere deeldichtheden mee te bereiken. Een goede gewoonte is om onderdelen handmatig vooraf te nesten voordat u software gebruikt om automatisch nestende algoritmen uit te voeren.

Of het nu gaat om geautomatiseerd of handmatig nesten, het is belangrijk om een ​​opening van minimaal 1,5 mm te laten tussen alle componenten in uw 3D-bestand met SLS-processen en een opening van 5 mm in MJF-processen. Dit voorkomt dat onderdelen tijdens het printproces versmelten.

Nesten gebruiken om een ​​hogere productiviteit te bereiken met 3D-printen

Nesten is een cruciale stap in de gegevensvoorbereiding voor 3D-printen. Het helpt de machinecapaciteit te optimaliseren, de kosten en afdruktijd te verlagen en de productiviteit van de machine te verhogen.

Hoewel nesten momenteel grotendeels een handmatige bewerking blijft, evolueert geautomatiseerde nesting-software om 3D-printontwerpers in staat te stellen hun builds te optimaliseren door sneller te nesten.

Als u vroeg in het ontwerpproces nestelt, kunt u uiteindelijk een winstgevender 3D-printbedrijf runnen.