干货!3D打印摆放对成品质量的影响

简介

零件如何摆放对3D打印零件的质量是有显著影响的,这一点也与同传统减材工艺不太一样, 也往往被工程师和设计师忽略。魔猴网在这里跟大家主要讨论摆放方向对于零件的精度,打印时间,强度和表面成型质量的影响,树立摆放方向是影响打印质量的重要因素的理念。

 

摆放方向的重要性

 

1、零件精度

 

假设我们需要打印一个管状体(中间带孔的圆柱体),如果把圆柱面作为底面摆放,与圆柱面垂直的方向为Z方向,3D打印机只需要打印一层接一层的圆环,后一层几乎可以完美叠加到前一层,这样打印完毕后会得到一个有着比较精准圆环和几乎光滑的外表面。如果把这个管状体旋转90度,底面变为圆柱的弧形面再来3D打印,虽然打印还是同一个物品,但从这个方向打印,3D打印机需要打印一层层宽度不断变化的矩形,一层层叠加起来,层纹会比较严重,而且底面和中间圆孔都有可能产生支撑,造成圆孔和底面变形,影响最终产品的精度。

 

由此可见,不同的摆放方向对于打印零件的精度是有比较大的影响。


 

1 同样的圆环体零件,不同的摆放方向打印(左:垂直;右:水平)

 

2、打印时间

 

零件的摆放方向对于打印时间的影响也是非常显著。

 

还以上面的管状物零件来举例,水平方向打印比垂直方向打印花费的时间要少很多,主要是因为打印层数大幅减少。假设打印层厚设置为0.1 mm, 圆柱体外径10mm,高30 mm,水平打印只需要打印100层,而垂直打印需要打印300层,打印时间会增加一倍多,摆放方向对于打印时间的影响非常大,很多时候直接决定了打印时长。


 3、零件强度

 

一些3D打印工艺会有各向异性的问题,特别是FDM工艺,XY平面方向的强度会和Z方向的强度不一样,

 

对于一些功能件或者承力件,承受力的方向和大小很重要,FDM打印的零件如果在Z方向受到了拉伸力会比较容易产生分层或者断裂的问题,同样的力应用到XY方向则可能没有问题。根据一些公开的测试报告, XY方向承受拉伸力的强度有可能是Z轴方向的5倍。 因此,摆放方向也可能对零件强度产生明显的影响,特别是对于需要承力的连接,在设计初和打印前需要考虑到。


2 3D打印材料的各向异性

 

4、支撑材料

不同的摆放方向会需要不同的支撑,支撑越多,需要的打印时间越多,消耗的打印材料也越多,因而也很可能越贵。但是并不是说支撑越多就越不好,很多时候是打印精度、打印成功率和打印成本之间的博弈。举例来讲,比方说在SLA工艺里打印一个类似纸张的薄片形零件,如果水平摆放,理论不需要支撑,但有可能因为材料收缩率的问题,造成打印完成后翘曲;如果将此零件倾斜45度来打印,会产生比较多的支撑,但收缩的问题通过将应力分散将极大缓解,打印成功率将会显著提升。


5、表面质量


一般来说,直上直下或者平面的表面质量比较高,曲面的弧度越大,表面纹理越明显,摆放方向对于不同的3D打印工艺各不相同:


对于FDM 上表面会通过打印喷头来平滑,下表面与平台接触,一般会呈现类似玻璃的高光表面,有支撑的地方会有支撑痕迹。

 

对于SLA, 下表面会有支撑痕迹,需要后续打磨出料掉,上表面会比较光滑,也没有支撑痕迹。

 

对于SLS,3DP, SLM等基于粉末床的工艺,成型表面是磨砂的,而且一般下表面的颗粒度要比上表面要明显。


对于Polyjet等喷射工艺,有支撑的面是亚光效果,没有支撑的面是高光的(打印软件里可通过全包支撑的方式来达到通体亚光的效果)。