Dlaczego orientacja wydruku może być ważniejsza niż procent wypełnienia?

Przy ustawianiu wydruku łatwo wpaść w prosty schemat: jeśli część ma być mocniejsza, zwiększamy wypełnienie. 30%, 50%, czasem nawet 100%. Problem w tym, że w wielu elementach użytkowych o wytrzymałości znacznie bardziej decyduje kierunek, w którym model zostanie ustawiony na stole.

Elementy widoczne na zdjęciach dobrze pokazują, dlaczego ma to znaczenie. Są długie, smukłe, mają zmienny przekrój, zakrzywienia i niewielkie punkty mocowania. W takim przypadku samo dodanie większej ilości materiału wewnątrz modelu nie musi rozwiązać najważniejszego problemu: w jakim kierunku będą działały siły względem warstw wydruku?

Wydruk nie jest jednakowo mocny w każdym kierunku

W technologii FDM część powstaje warstwa po warstwie. W obrębie jednej warstwy ścieżki tworzywa mogą tworzyć bardzo wytrzymałą strukturę, natomiast połączenia pomiędzy kolejnymi warstwami zależą między innymi od temperatury, materiału, wysokości warstwy, przepływu i jakości samego procesu.

Dlatego wydruk ma kierunkowe właściwości mechaniczne. Ten sam model obrócony o 90 stopni może zachowywać się pod obciążeniem zupełnie inaczej, nawet jeśli:

powstał z tego samego materiału,

ma identyczne wypełnienie,

ma taką samą liczbę ścian,

ma bardzo zbliżoną masę.

Jeżeli główne naprężenia działają w kierunku sprzyjającym rozdzielaniu warstw, połączenia między nimi mogą stać się jednym z miejsc inicjacji uszkodzenia. To właśnie dlatego orientacji modelu nie powinno się traktować wyłącznie jako sposobu na skrócenie czasu druku czy ograniczenie podpór.

Więcej wypełnienia nie zawsze rozwiązuje problem

Wyobraźmy sobie długie ramię albo uchwyt pracujący na zginanie. Możemy zwiększyć jego wypełnienie z 20 do 50 albo 70%. W środku rzeczywiście pojawi się więcej materiału, ale jeśli najbardziej obciążone miejsce nadal znajduje się w niekorzystnym położeniu względem warstw, słaby punkt konstrukcji może pozostać dokładnie tam, gdzie był wcześniej.

Może się więc zdarzyć, że część z umiarkowanym wypełnieniem, ale ustawiona korzystnie względem przewidywanego obciążenia, będzie bardziej odporna na uszkodzenie niż ten sam model z dużo większym wypełnieniem, lecz wydrukowany w niekorzystnej orientacji.

Nie oznacza to oczywiście, że procent wypełnienia jest nieistotny. Jest ważny, ale pozostaje tylko jednym z kilku parametrów wpływających na zachowanie gotowej części.

W smukłych elementach orientacja ma szczególne znaczenie

Długi element pracujący pod obciążeniem zachowuje się trochę jak dźwignia. Nawet stosunkowo niewielka siła przyłożona na jego końcu może generować znaczne naprężenia w miejscu zwężenia, przy mocowaniu albo tam, gdzie przekrój gwałtownie się zmienia.

Właśnie dlatego przy częściach podobnych do tych ze zdjęć warto patrzeć nie tylko na to, czy model zmieści się na stole i będzie wygodny do wydrukowania. Trzeba też zastanowić się:

gdzie element będzie podparty po zamontowaniu,

w którą stronę będzie wyginany,

gdzie wystąpią największe naprężenia,

czy są zaczepy, otwory albo cienkie przewężenia,

czy sposób obciążenia będzie sprzyjał rozdzielaniu warstw.

Najłatwiejsza orientacja nie zawsze jest najlepsza

Model można często ustawić tak, aby drukował się szybko, z małą liczbą podpór i bardzo ładną powierzchnią. Z punktu widzenia samego procesu wygląda to idealnie.

Ale część użytkowa nie kończy swojej pracy w momencie zdjęcia ze stołu drukarki.

Jeżeli po zamontowaniu będzie regularnie wyginana, naprężana albo obciążana punktowo, czasem warto zaakceptować większą liczbę podpór, dłuższy czas produkcji czy trudniejszą obróbkę powierzchni, żeby uzyskać korzystniejszy przebieg warstw.

To jedna z istotnych różnic między modelem, który po prostu dobrze się wydrukuje, a elementem, który ma później rzeczywiście pracować.

Ściany mogą mieć większe znaczenie niż sam środek

Przy elementach pracujących na zginanie duża część naprężeń przenoszona jest przez zewnętrzne obszary przekroju. Dlatego w wielu przypadkach zamiast automatycznie zwiększać wypełnienie warto najpierw sprawdzić inne możliwości.

Czasem większy efekt może dać:

zwiększenie liczby obrysów,

zmiana orientacji modelu,

lokalne pogrubienie newralgicznego miejsca,

łagodniejsze przejście między grubszą i cieńszą częścią,

dopiero później korekta procentu wypełnienia.

Nie jest to zasada obowiązująca dla każdego modelu i każdego rodzaju obciążenia, ale dobrze pokazuje jedną rzecz: większa ilość materiału nie zawsze oznacza proporcjonalnie większą wytrzymałość.

Odtworzenie kształtu to dopiero połowa pracy

To szczególnie ważne przy częściach odtwarzanych na podstawie istniejącego elementu. Oryginał mógł być wykonany metodą wtryskową, tłoczoną albo z materiału o zupełnie innej strukturze niż wydruk warstwowy.

Dlatego samo odwzorowanie geometrii 1:1 nie oznacza jeszcze, że gotowa część będzie zachowywać się dokładnie tak samo.

Przy przygotowywaniu wersji drukowanej warto czasem potraktować model jako nową część wykonywaną inną technologią. Oznacza to dobór orientacji, materiału, liczby ścian, wypełnienia i parametrów procesu, a w niektórych przypadkach także niewielką korektę geometrii.

Najpierw sposób pracy części, później suwaki w slicerze

Procent wypełnienia jest bardzo widocznym parametrem i łatwo go zmienić. Dlatego często jako pierwszy kojarzy się z „mocniejszym wydrukiem”. W praktyce dobrze przygotowana część użytkowa zaczyna się jednak trochę wcześniej - od odpowiedzi na pytanie, co będzie się z nią działo po zamontowaniu.

Dopiero wtedy można świadomie dobrać kierunek druku, materiał, liczbę ścian, wypełnienie i pozostałe parametry.

Bo czasami zamiast dodawać kolejne dziesiątki procent wypełnienia, większą różnicę może zrobić samo ustawienie modelu względem kierunku obciążeń.

Grafika przygotowana z wykorzystaniem AI na bazie naszych własnych zdjęć.