قواعد تصميم FDM للمبتدئين في الطباعة ثلاثية الأبعاد
لقد قمت برسم جزء بشكل جيد في CAD، يستغرق الطباعة عدة ساعات - وعند أول استخدام، ينكسر الحامل عند أرق نقطة. أو أن الموصل لا يتناسب مع المقبس، على الرغم من أنه كان ينبغي أن تكون الأبعاد "صحيحة". نسمع مثل هذه الملاحظات في ورشة عمل 33d.ch كل أسبوع تقريبًا - ونعم، هذا حدث لنا بالضبط في البداية.
السبب نادرًا ما يكون الطابعة وحدها، بل عادةً ما يكون التصميم: جدران رقيقة جدًا، متدليات شديدة الانحدار، توجيه غير مواتٍ في مساحة البناء، أو تفاوتات غير واقعية. الخبر السار: مع بضع قواعد تصميم FDM واضحة، يمكن القضاء على العديد من الأخطاء في الطباعة والكسر بالفعل في CAD.
Quelle: عرض خاص
نركز هنا على طابعات FDM المكتبية النموذجية فوهة 0.4 مم ومواد مثل PLA أو PETG - وهو بالضبط الإعداد الذي يستخدمه العديد من صانعي الهواة والمدارس والشركات الصغيرة والمتوسطة في سويسرا. الأرقام المذكورة متعمدة للمحافظة وهي مخصصة كقيم بدء آمنة يمكنك التحقق منها خطوة بخطوة على طابعتك الخاصة.
كيف تعمل الطباعة ثلاثية الأبعاد FDM
في عملية FDM/FFF، يتم بناء جزءك طبقة فوق طبقة من خيط بلاستيكي مصهور. يبدو الأمر بسيطًا، ولكنه يؤدي إلى عواقب مباشرة على التصميم:
- يجب أن تستند المتدليات إلى مادة مطبوعة بالفعل - في وقت ما ستحتاج إلى دعم.
- يمكن فقط طباعة الجسور لمسافة محدودة "في الهواء" قبل أن تتدلى.
- الأجزاء غير متجانسة: عادة ما تكون أقوى على طول المسارات منها بين الطبقات.
افتراضيًا، تعمل العديد من طابعات FDM بفوهة 0.4 مم. كقاعدة عامة تقريبية، يجب أن يكون الحد الأدنى لسمك الجدار مساويًا لعرض الفوهة على الأقل، ويفضل أن يكون ضعف إلى ثلاثة أضعاف (≈0.8–1.2 مم). غالبًا ما يمكن طباعة المتدليات حتى حوالي 45 درجة من العمودي بدون دعم؛ فوق ذلك، يزداد خطر اختراق الحواف والأسطح غير النظيفة بشكل كبير.
أهم قواعد تصميم FDM للمبتدئين
لقد ثبت عمليًا تطبيق بعض القواعد البسيطة باستمرار. حتى لو لم تكن أجزائك الأولى محسّنة تمامًا، فإنها ستعمل بشكل موثوق ولن تنكسر عند الاستخدام الأول.
سمك الجدران: فكر بلغة عرض الخط
أكثر أخطاء التصميم شيوعًا هي الجدران الرقيقة جدًا. تبدو القطعة ملونة و"متكاملة" في السلايسر، ولكن في الواقع يتم طباعة خط واحد فقط - ثم ينكسر عند أول ضربة أو حتى عند إزالته من لوحة الطباعة.
بالنسبة لفوهة 0.4 مم، تعمل قواعد الإبهام التالية للمبتدئين بشكل جيد جدًا:
- أجزاء زخرفية وغطائية بحتة: 0.8 مم على الأقل (≈2 خط)
- أجزاء وظيفية مع حمل خفيف: 1.2–1.6 مم (3–4 خطوط)
- مناطق التحميل الثقيل، على سبيل المثال، قاعدة البرغي أو الحامل: يفضل 2.0 مم وأكثر في اتجاه الحمل
Quelle: عرض خاص
تلخص الرسوم البيانية قواعد تصميم FDM النموذجية لسمك الجدران والمتدليات والجسور - مثالية كملخص بجوار CAD.
| فوهة | أدنى سمك جدار قوي موصى به |
|---|---|
| 0,4 mm | 0,8–1,2 mm |
| 0,6 mm | 1,2–1,8 mm |
| 0,8 mm | 1,6–2,4 mm |
قيم إرشادية من الممارسة العملية - يرجى دائمًا التحقق باستخدام جسم اختبار بسيط على طابعتك الخاصة.
سمك الجدران الخارجية (المحيط) له أهمية خاصة للقوة. عندما نحتاج إلى أجزاء قوية في 33d.ch، نقوم أولاً بزيادة عدد المحيطات ثم نزيد الإينفيل - وهذا يتوافق أيضًا مع توصيات العديد من مصنعي السلايسر واختبارات المجتمع.
التخطيط الذكي للمتدليات والجسور والدعم
الدعم عملي، لكنه يكلف الوقت والمواد وفي كثير من الأحيان الأعصاب عند الإزالة. من الأفضل تصميم الجزء بحيث يكون الدعم المطلوب أقل ما يمكن.
كعامل مساعد بسيط للتصميم، نستخدم قاعدة الـ 45 درجة: المتدليات الأكثر تسطحًا تتطلب عادةً الدعم، والمناطق الأكثر انحدارًا تدعم نفسها - اعتمادًا على المواد والتبريد والطابعة. من المفيد عمليًا تجربة الأشكال الحرجة بجزء اختبار صغير قبل أن يكون الجزء الكبير جاهزًا للإنتاج.
| ميزة | قيمة إرشادية للإعدادات للمبتدئين |
|---|---|
| متدلي | يمكن طباعته حتى حوالي 45 درجة من الخط العمودي غالبًا بدون دعم |
| جسور | حتى حوالي 5-10 مم غالبًا ما تكون نظيفة، بعد ذلك من الأفضل الاختبار أو الدعم |
| لسان حر | تجنب قدر الإمكان - يفضل ربطه بشطف أو دائرة |
قيم إرشادية لـ PLA/PETG مع مروحة مضبوطة جيدًا؛ قد تختلف المواد الأخرى.
نصائح أثبتت جدواها في ورشة عملنا:
- يفضل تصميم الحواف الداخلية بشطف 45 درجة بدلاً من زوايا 90 درجة حادة.
- قسم الفتحات الكبيرة بحيث تصبح الجسور أقصر أو لا تكون هناك حاجة إليها على الإطلاق.
- إذا كان الجزء يتطلب الكثير من الدعم، غالبًا ما يكون من المفيد تقسيمه إلى جزأين مثبتين بمسامير أو متطابقين.
فتحات، ملاءمات، وروابط كبس
تقريبًا كل من يبدأ التصميم بـ FDM يصطدم بفتحات صغيرة جدًا. تسحب الطابعة المادة إلى الداخل قليلاً عند الالتفاف حول المنحنيات الداخلية؛ بالإضافة إلى ذلك، يلعب انكماش المواد والمعايرة دورًا.
لهذا السبب، نقوم عادةً بإنشاء إزاحات أكبر بـ 0.1-0.3 مم في CAD من الأبعاد المستهدفة ونستخدم تعويض XY في السلايسر للمطابقات المهمة أو نحفر لاحقًا. بالنسبة لمسامير M3 و M4 و M5 الكلاسيكية، أثبتت شرائط الاختبار الصغيرة ذات أحجام الفتحات المتعددة أنها دليل عملي لا مثيل له.
- للمسامير: خطط لزيادة الأبعاد في CAD بالإضافة إلى الحفر قليلاً اختياريًا
- للأعمدة أو الدبابيس: حدد الإزاحة المثالية أولاً باستخدام بطاقة اختبار بسيطة
- خطافات الكبس: يفضل أن تكون "أكثر سمكًا" واحتفظ بالمواد عند الحاجة بدلاً من تصميم خطاف رقيق جدًا ينكسر على الفور.
التفاوتات في الممارسة العملية
في طابعات FDM المكتبية النموذجية، تتراوح التفاوتات الواقعية في حدود أجزاء من المليمتر من العشرة. في ورشة عملنا، ثبتت القيم الإرشادية التالية جدواها:
- ملاءمة قابلة للتوصيل ولكن ليست فضفاضة: خلوص 0.2–0.3 مم
- ملاءمة ضغط خفيفة (مثل المغناطيس): 0.1–0.2 مم أقل حجمًا بالإضافة إلى إعادة التشغيل
- روابط كبس: يفضل تطويرها بقطع اختبار بدلاً من مجرد الحساب
الاستقرار والتوجيه: فكر مثل طابعة
Quelle: threedom.de
يوضح الرسم البياني أن كل تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد لها حدود تصميم خاصة بها. بالنسبة لـ FDM، فإن سمك الجدران والمتدليات والتوجيه في مساحة البناء أمر بالغ الأهمية.
التوجيه في مساحة البناء
تتأثر أجزاء FDM بالاتجاه. على طول المسارات والطبقات (في اتجاه XY) تتحمل الكثير أكثر مما تتحمله بشكل متعامد (في اتجاه Z). في الممارسة العملية، ستلاحظ ذلك عن طريق انكسار الأجزاء غالبًا بالضبط على طول خطوط الطبقات إذا تم توجيهها بشكل غير مواتٍ.
لهذا السبب، نقوم بتوجيه الدعامات والمشابك، التي تتعرض لقوى الشد أو الانثناء، إذا أمكن، بحيث يتدفق الحمل في اتجاه المسارات ولا تتم طباعة المقاطع العرضية الحرجة كـ "سلالم" رقيقة في اتجاه Z.
- يفضل طباعة زوايا L بشكل مسطح بحيث يتكون الانحناء من العديد من الطبقات، بدلاً من وضعه عموديًا مع طبقة واحدة "نقطة ضعف".
- قم بتدوير خطافات الكبس بحيث يمر أساس الخطاف على طول خطوط الطبقات.
- ضع الفتحات الطويلة تحت حمل الشد في اتجاه المسارات، وليس بشكل متعامد.
المحيط مقابل الإينفيل: من أين يأتي الاستقرار حقًا
يقوم العديد من المبتدئين بزيادة الإينفيل إلى 80٪ أو 100٪ أولاً إذا كان الجزء يحتاج إلى أن يكون أكثر استقرارًا. في الممارسة العملية، يكون تعديل سمك الجدران والمحيطات أكثر فائدة بكثير. تظهر الاختبارات ودلائل الشركة المصنعة مرارًا وتكرارًا أن الجدران الخارجية توفر الجزء الأكبر من قوة الجزء.
كنقطة بداية، أثبتت المجموعات التالية أنها تعمل بشكل جيد لـ PLA و PETG للأجزاء الوظيفية:
| الاستخدام | محيط | إينفيل |
|---|---|---|
| أغطية، دروع | 2 | 15–20 % |
| أجزاء وظيفية خفيفة | 3 | 20–30 % |
| أجزاء تحمل أحمالًا أعلى | 3–4 | 30–40 % |
قيم إرشادية للعديد من الإعدادات القياسية؛ للأجزاء المتعلقة بالسلامة، اعمل دائمًا مع اختبارات الحمل الحقيقية.
Quelle: biocraftlab.com
يوفر إينفيل على شكل خلية نحل أو جيرويد توازنًا جيدًا بين الاستقرار واستهلاك المواد. غالباً ما يكون الإينفيل المعتدل كافيًا إذا كانت الجدران الخارجية مصممة بشكل معقول.
نادرًا ما تكون قيم الإينفيل العالية جدًا مجدية: تستغرق الطباعة وقتًا أطول بكثير، ويزداد خطر التشوه، وينفجر استهلاك المواد. إذا كان جزء ما مع 40٪ إينفيل و 3-4 محيطات لا يزال ناعمًا جدًا، فإن التصميم الأساسي غالبًا ما يكون غير صحيح.
أخطاء المبتدئين النموذجية من ورشة عملنا
نرى عددًا قليلاً من الحالات الكلاسيكية بشكل متكرر في تصميمات العملاء الجديدة:
- جدران بسمك 0.4 مم بالضبط عند فوهة 0.4 مم - غالبًا ما يجعلها السلايسر خطًا واحدًا.
- حواف داخلية بزاوية 90 درجة معلقة مباشرة "في الهواء".
- جسور طويلة، محمولة ذاتيًا، تزيد عن 20-30 مم بدون اختبار ما إذا كان المقطع العرضي يسمح بذلك.
- فتحات مصممة بالضبط بالأبعاد القياسية - ثم لا يتناسب البرغي معها.
- وضع الأجزاء الحرجة عموديًا لأنها تشغل مساحة أفضل على اللوحة.
عندما نتلقى مثل هذه الأجزاء، نقوم أولاً بتعديل سمك الجدران والمتدليات والتوجيه - غالبًا دون تغيير المظهر بشكل كبير. حتى مع هذه التغييرات، تزداد القوة وموثوقية الطباعة بشكل ملحوظ.
قائمة مرجعية: قبل التصدير إلى STL
قبل تصدير نموذجك كـ STL أو إرساله إلى مزود طباعة ثلاثية الأبعاد، يستحق الأمر إجراء فحص تصميم سريع. في ورشة عملنا، نمر بهذه النقاط داخليًا:
- هل جميع الجدران الداعمة بأضعاف معقولة لعرض الفوهة (مثل 0.8–1.6 مم عند 0.4 مم)؟
- هل هناك متدليات تزيد عن 45 درجة تقريبًا، والتي يمكنك تخفيفها عن طريق الشطف أو الدوائر أو قسمة مختلفة؟
- هل الجسور أطول من حوالي 10 مم، وهل يمكن تقصيرها بتغييرات في الهندسة؟
- هل الفتحات للمسامير أو الأعمدة أو المغناطيسات مزودة بأبعاد أكبر قليلاً أو مخصصة لإعادة التشغيل؟
- هل تم اختيار توجيه الجزء بحيث يتدفق الحمل الرئيسي على طول خطوط الطبقات؟
- هل تحتاج حقًا إلى 80-100٪ إينفيل - أم أن المزيد من المحيطات والإينفيل المعتدل كافٍ؟
بالنسبة للمبتدئين في تصميم FDM، فإن الاستفادة من بعض قطع الاختبار البسيطة أمر بالغ الأهمية: مقياس لسمك الجدار، شريط فتحات للمسامير الشائعة، ولوحة اختبار للجسور/المتدليات. في 33d.ch، نقوم بتوثيق تجاربنا مباشرة في كل مشروع عميل - مما يجعل الطلبات اللاحقة أسرع وأكثر قابلية للتكرار.
مقاطع فيديو جيدة للتعمق
إذا كنت تفضل مشاهدة الآخرين وهم يصممون، فإن هذه الفيديوهات (باللغة الإنجليزية) ستساعدك في البداية:
- فيديو موصى به: Design for Manufacturing: Polymer FDM يشرح المتدليات وسمك الجدران وقواعد التصميم بشكل موجز للغاية.
- فيديو موصى به: 8 Essential Design Rules for Mass Production 3D Printing يُظهر كيف تصمم الأجزاء لتتم طباعتها بشكل جيد وتجميعها بشكل لا تشوبه شائبة لاحقًا.
خاتمة مصغرة: 5 أشياء يجب أن تتذكرها
- فكر بلغة عرض الخط: خطط للجدران بأضعاف عرض البثق، وليس "عشوائيًا".
- فكر في المتدليات والجسور والتوجيه بالفعل في CAD - وليس فقط إصلاحه في السلايسر.
- يأتي الاستقرار بشكل أساسي من الجدران الخارجية؛ قم بزيادة الإينفيل بشكل معتدل فقط.
- قم بإنشاء الثقوب والملاءمات بوعي بأبعاد أكبر أو أصغر وتحقق منها باستخدام قطع الاختبار.
- وثق إرشاداتك الخاصة: بمجرد اختبارها بشكل صحيح، ستكون هناك مفاجآت أقل بكثير على الطابعة.
مناسبة جيدًا (أفكار مقالات داخلية)
لتوسيع مدونة 33d.ch، تتناسب المساهمات التالية بشكل خاص مع الموضوع:
- فهم تفاوتات الطباعة ثلاثية الأبعاد
- تخزين المواد الخام بشكل صحيح
- مقارنة مواد FDM: PLA، PETG، ABS
- قائمة مرجعية لطلب الطباعة ثلاثية الأبعاد الأول
- التعرف على أخطاء الطباعة FDM النموذجية وتصحيحها