В новом исследовании представлен каталог допусков для деталей, изготовленных методом FDM/FFF, и показано, почему масштабирование файлов STL может снизить точность наклонных элементов.
Группа исследователей из Университета Кампании имени Луиджи Ванвителли и Университета Салерно провела более методичный анализ геометрических отклонений при экструзии материалов. Вместо того чтобы останавливаться на погрешностях размеров, они оценили геометрические параметры в соответствии с геометрическими допусками и размерами (GD&T) — форму, ориентацию и расположение — а затем представили результаты в виде практического руководства по допускам.
Вопрос довольно фундаментальный: как масштаб, плотность заполнения и выбор материала влияют на геометрическую точность, и какие параметры стоит регулировать, если необходимо соблюдать определенные допуски?
Внутри эксперимента
Группа исследователей напечатала две простые эталонные формы — призматическое тело и тело вращения — и сгруппировала результаты геометрических допусков и посадок по ориентации элементов: вертикальная, горизонтальная и наклонная. Они варьировали плотность заполнения на уровне 25, 50 и 75 процентов и масштаб на уровне 1:1, 1,5:1 и 2:1. В качестве материалов использовались четыре распространенных инженерных филамента: PET-G, PET-G CF, нейлон и нейлон CF.
Используя Ultimaker S5 Pro Bundle с Cura 5.3.0, высотой слоя 0,2 мм и рекомендованными производителем настройками, они изготовили 120 деталей в сорока конфигурациях. Shining 3D Freescan UE Pro зафиксировал фактическую геометрию, а Geomagic Control X выполнил выравнивание и оценку геометрических допусков и посадок. В результате получился набор данных об отклонениях, привязанных к типу элемента, масштабу, заполнению и материалу, сведенный в каталог допусков, который проектировщики могут реально использовать.
Результаты исследования
В ходе исследования выявились два интересных момента.
Во-первых, увеличение масштаба неизменно ухудшало наклонные элементы во всех материалах. Виновником является не сам принтер, а рабочий процесс: команда масштабировала STL-сетки внутри слайсера. Мозаичные поверхности становятся более гранёными по мере увеличения масштаба, и эта первоначальная ошибка усиливается ещё до того, как вступает в игру термическая деформация. В сочетании с большими плоскостными поверхностями и большей усадкой материала это приводит к наклонным профилям и смещению биений.
Во-вторых, плотность заполнения не оказала существенного влияния на большинство вертикальных или наклонных элементов, но незначительно улучшила некоторые горизонтальные. Это будет важно при балансировке веса, времени и ровности поверхности тарелок и полок.
Материалы демонстрировали множество вариаций. Армирование углеродным волокном, как правило, уменьшало отклонения, особенно на вертикальных участках, благодаря большей жесткости и меньшему тепловому расширению. Обычный нейлон показывал больший разброс; добавление углеродного волокна приводило к результатам, сопоставимым с ПЭТ-Г. Однако есть нюанс: один горизонтальный профиль поверхности нейлона ухудшался с добавлением углеродного волокна, что, вероятно, связано с анизотропным расширением, перпендикулярным ориентации волокон. Другими словами, волокна помогают, но направленность по-прежнему играет решающую роль.
На практике, если вам нужны более точные вертикальные элементы или вы работаете с крупными деталями, использование филаментов, армированных углеродным волокном, — разумное решение. Если вам необходимо масштабировать модель, сделайте это в САПР до тесселяции, а затем экспортируйте новый файл STL с соответствующими допусками по хордам для нового размера.
В коммерческой сфере эти эмпирические правила могут ускорить принятие решений по допускам, уменьшить чрезмерно жесткие спецификации и помочь сервисным центрам установить ожидания. Они также предоставляют группам контроля качества обоснованную отправную точку для планов проверки деталей, изготовленных методом FFF.
Всё это звучит замечательно, но есть одна проблема. В исследовании использовалась одна конфигурация — одно семейство принтеров, высота слоя 0,2 мм, две геометрии, четыре материала — поэтому диапазоны допусков ограничены этой конфигурацией. Высота слоя, диаметр сопла, схема заполнения, контроль окружающей среды и вариативность, обусловленная использованием нескольких принтеров, не рассматривались, и каталог не является универсальной истиной.
Я надеюсь на воспроизведение результатов на других платформах и с дополнительными параметрами, а также на рабочие процессы от CAD-модели до слайсера, которые сохраняют точность поверхности в масштабе. Доказательством эффективности станет проверка на разных принтерах и, в конечном итоге, сборка, которая пройдет проверку на соответствие без особых усилий.
p.s. от формата stl сейчас слайсеры уходят. Мы в Центре 3д печати и 3д сканирования Фидллер применяем формат stp — он наиболее точен и возможно часть проблем с точностью в слайсере будет невилироваться.
Центр 3d печати и 3д сканирования Фидллер в Краснодаре — 3d сканирование, 3d печать, реверс инжиниринг, проекты для ферм 3d печати, обучение, проектирование для строительства. Теперь полный цикл «принцип одного окна». Более 10 лет успешной разработки в сфере аддитивных технологий.
По всем вопросам обращаться (круглосуточно):
телеграм — https://t.me/fidller (лучше max или звонить)
max — https://max.ru/u/f9LHodD0cOIGiBB1zqbYHFbw7XCslKRI5o6aikK4IGNDZtFio4aCgGJ1gUQ
почта — shope@fidller.com
вк — https://vk.com/3d_krd_123
группа в max https://max.ru/join/VFTRpp8v45PETzoL4RDGQi44sSjpSvRz5kDtyeyXiQE
Наши ресурсы:
все о кино тут — https://news.fidller.com
наш магазин — https://fidller.com
мы в телеграм — https://t.me/pechat3dkrd
теперь и max — https://max.ru/join/VFTRpp8v45PETzoL4RDGQi44sSjpSvRz5kDtyeyXiQE
группа 3д печати — https://vk.com/3d_krd_123
Спасибо!
Теперь редакторы в курсе.