FDM Meesteren: Een Uitgebreide Design for Manufacturing Gids

Geïllustreerde checklist zal teams helpen de basis te begrijpen van ontwerpen voor fabricageerbaarheid (DFM) met fused deposition modeling (FDM).

Inleiding

Wat is FDM?

Fused deposition modeling (FDM) is een van de meest voorkomende vormen van additieve productie en wat de meeste mensen bedoelen wanneer ze "3D-printen" horen.

Fused Deposition Modeling Design for Manufacturing Guide Hoe werkt FDM? Tijdens dit proces extrudeert de FDM-machine verwarmd thermoplast filament door een neus, het component opbouwend één horizontale laag per keer. Een significante voordeel van het proces is hoe snel de machines delen kunnen produceren in vergelijking met legacy technologieën. Gegeven dat doorlooptijden zo kort als 24 uur kunnen zijn, is FDM een nuttig proces voor het creëren van betaalbare snelle prototypes en zelfs sommige functionele delen.

De conveniëntie van FDM-printen en de toegankelijkheid van FDM-materialen heeft geleid tot de populariteit van de technologie onder zowel professionele als hobbygebruikers, die de technologie kunnen gebruiken om van alles te creëren van speelgoed tot voedsel tot elektronische behuizingen. Procesinnovatie voor FDM is nog steeds gaande, met nieuwe mogelijkheden nu inclusief non-planaire printen, composietprinten en multi-materiaal printen.

Ontwerpen voor fabricageerbaarheid is belangrijk voor alle ontwerpers en productteams, ongeacht productietechnologie. Deelonwerpen hoeven niet alleen aan de gewenste functionele en materiaalvereisten te voldoen die verwacht worden van het prototype of einddeel, maar ze moeten ook het productieproces zelf in overweging nemen.

Deze gids omvat vijf tips om ervoor te zorgen dat uw FDM-geprinte delen hoge kwaliteit en efficiënt te produceren zijn. Het dubbelchecken van uw ontwerpen tegen deze lijst voordat u ze indient voor productie kan helpen uw deel te verbeteren, tijd en middelen te besparen, en productietijden te versnellen.

1. Houdt Uw Ontwerp Rekening met Anisotrope Gedraging?

Vanwege hoe FDM-printers lijnen van thermoplastmateriaal één laag per keer uitextruderen, is het proces inherent anisotroop, wat betekent dat de bulks mechanische eigenschappen van het deel variëren langs verschillende richtingen. Dit stamt uit het feit dat de bindingsterkte tussen lagen anders is dan in-plane sterkte. FDM-geprinte delen bieden de hoogste treksterkte parallel aan het pad van de printkop (binnen het X-Y, of snijvlak, vlak). De bindingsterkte tussen lagen zal de treksterkte van de Z-richting beïnvloeden, wat typisch minder zal zijn dan treksterkte binnen het X-Y vlak.

FDM wordt niet aanbevolen voor het produceren van cruciale mechanische componenten, aangezien thermoplasten vatbaar zijn voor materiaalkreep als ze onder hoge spanning voor lange perioden worden geplaatst. De bouworiëntatie en geometrie van een deel kunnen gewijzigd worden om hier rekening mee te houden of te mitigeren. Evenzo zal het incorporeren van afgeschuinde en afgeronde randen in uw delen en gereedschappen hun levensduur verbeteren en spanningsconcentraties verminderen.

2. Zijn Uw Tolerantieverwachtingen Redelijk?

Productteams zouden moeten weten dat het FDM-proces extreem strakke toleranties niet kan halen.

Meeste industriële FDM-machines kunnen dimensionale nauwkeurigheid van ± 0,15% (ondergrens ± 0,2mm) leveren en desktop printers kunnen toleranties van ± 0,5% (ondergrens ± 0,5mm) halen. Echter, omdat FDM grote hoeveelheden hitte omvat, zullen andere factoren zoals geometrie de nauwkeurigheid van het geprintte stuk beïnvloeden naarmate het afkoelt. Als een deel cruciale oppervlakken of hoge-tolerantie gaten vereist met grotere nauwkeurigheid dan de FDM-printer direct kan halen, overweeg dan na-bewerkingsoperaties of het toevoegen van componenten zoals bushings en gedraaide inserts. Vaak kunnen FDM-tolerantieproblemen verminderd worden door verdere na-bewerking.

Wat betreft tekstaforma, is de minimum voorgestelde grootte voor in-plane tekst 6mm vetgedrukt, maar de actuele waarden zullen variëren per printer. Tekst op verticale wanden kan zo klein zijn als 3,5mm vetgedrukt.

Als uw deel dunne gaten bevat, moeten ze een minimale breedte van 5mm behouden om te garanderen dat het ondersteuningsmateriaal gemakkelijk verwijderd kan worden. Het oriënteren van de deelsbouw zodat gaten loodrecht op het X-Y vlak staan helpt ervoor te zorgen dat een goede oppervlakteafwerking behouden blijft.

3. Heeft U Rekening Gehouden met Wanddikte, Gaatformaten en Overhangs?

De optimale wanddikte voor uw deel zal bepaald worden door de grootte van het filament. Over het algemeen printen kenmerken die twee keer de dikte van het filament of dunner zijn niet goed. Voor wanden is vier keer de filamente dikte adequate.

Gesloten, in-plane profielen printen heel goed met FDM omdat gesloten lussen snel en naadloos printen toestaan. Voorbeelden hiervan zouden vaazen, kopjes en buizen zijn, in plaats van complexe delen met discontinue zijden en scherpe kenmerken. Hoewel niet noodzakelijk om een mooi deel te bereiken, kan het ontwerpen met dit in gedachten helpen succesvolle FDM-prints te garanderen.

Gaten gecreëerd door FDM-printen moeten een diameter van niet kleiner dan 1mm hebben om te garanderen dat het kenmerk goed oplost. Net als bij gaten, kan het oriënteren van gaten om loodrecht op het X-Y vlak te printen de kenmerkskwaliteit verbeteren. Uitboren of uitrijmen van gaten tijdens na-bewerking is een andere methode om nauwkeurigheid te garanderen.

Aangezien FDM het deel laag-voor-laag opbouwt, als overhangs in het deel groot genoeg zijn, zal er niet genoeg ondersteuning zijn om het nieuwe materiaal omhoog van de bouwplaat te houden. Dit materiaal moet ofwel in de printsoftware ondersteund worden met sacrificiële ondersteuningsgeometrie of het deel moet gewijzigd worden om de overhangs te elimineren.

4. Is Uw Ontwerp Waarschijnlijk om te Vervormen?

Vervorming treedt op tijdens het afkoelproces wanneer verschillende secties van het stuk uitharden en krimpen op verschillende snelheden, wat interne spanningen creëert die het materiaal op een niet-uniforme manier trekken. Terwijl vervorming geen probleem is voor alle FDM-geprinte delen, kunnen bepaalde ontwerpkenmerken zoals verticale wanden, dunne secties, of kenmerken met hoge aspect ratios de waarschijnlijkheid verhogen dat een deel vervorming ontwikkelt tijdens het afkoelproces.

Vervorming kan vermeden worden door:

• Ribben toevoegen aan verticale wanden
• Afrondingen toevoegen aan scherpe hoeken
• Extra ondersteuning toevoegen aan de randen van dunne of uitstekende kenmerken
• Delen met hoge aspect ratios (lengte-breedte/dikte verhoudingen) vermijden

5. Heeft U Overwogen Delen te Segmenteren voor Out-of-the-box Probleemoplossing?

Segmenteren betekent simpelweg uw deels CAD-bestand opdelen in kleine, apart geprintte componenten. Segmenteren maakt het mogelijk om delen te bouwen en te monteren die te groot zijn voor het bouwvolume van de printer of om de behoefte aan ondersteuningsstructuren te verminderen. Het apart printen van kwetsbare kenmerken kan u ook in staat stellen een beter geschikte bouworiëntatie te gebruiken, waardoor een sterker, superieur deel geproduceerd wordt. Segmenteren van delen vereist wel enige expertise en zorg, hoewel, aangezien elke keer dat een deel in stukken gesneden wordt.

Aan de slag met een DFM-expert

FDM kan een zeer efficiënte en betaalbare methode zijn voor het produceren van thermoplastische prototypes en delen. Tussen de korte levertijden, de beschikbaarheid van de printtechnologie en brede materiaalcompatibiliteit, is het geen wonder dat hobbyisten en professionals alike kijken naar het benutten van de voordelen van FDM.

Wanneer u partner wordt van een ervaren fabrikant zoals Fast Radius, kunt u ervan overtuigd zijn dat elk van deze overwegingen — en nog veel meer — in overweging genomen zullen worden. Ons team van ingenieurs en productmanagers benutten high-tech digitale ontwerptechnologieën en decennialang ervaring om ervoor te zorgen dat elk enkel deel dat we produceren het best mogelijke deel voor de klus is. Niet alleen dat, ons team werkt nauw met klanten tijdens elke stap, van ontwerp tot levering, om ervoor te zorgen dat elk deel geoptimaliseerd is voor eindgebruik en fabricageerbaarheid.

Neem vandaag nog contact met ons op om meer te leren over hoe we uw ideeën realiteit kunnen maken.

Om meer te leren over additieve productie, CNC-bewerking en onze andere productieprocessen, bezoek het Fast Radius kenniscentrum.

Download de fused deposition modeling (FDM) design for manufacturing gids.

Klaar om uw delen te maken met Fast Radius?

Start uw offerte