Как проектировать деталь под FDM-печать

Модель может прекрасно выглядеть в CAD и при этом быть неудобной для FDM-производства.

Проектирование под FDM начинается не с настроек слайсера, а с понимания:

• куда действует нагрузка;

• как пойдут слои;

• как деталь будет собираться;

• где появятся поддержки;

• какие размеры действительно критичны.

Эта статья — общий DfAM-гайд. Глубокие темы вынесены в отдельные материалы.

Недостаточно сказать:

деталь нагруженная.

Полезно понять режим:

• растяжение;

• изгиб;

• сжатие;

• кручение;

• сдвиг;

• удар;

• постоянная нагрузка.

Разные режимы требуют разной геометрии и ориентации.

FDM-деталь анизотропна.

Направление нагрузки относительно дорожек и межслойных границ способно заметно изменить поведение изделия.

Поэтому ставить модель на стол только потому, что так меньше поддержек, иногда ошибочно.

Подробно: как направление слоёв влияет на прочность FDM.

Толщина стенки в CAD должна учитывать реальное построение траекторий.

Важно:

• сопло;

• ширина линии;

• число периметров;

• локальная нагрузка.

Подробно: периметры, толщина стенки и сопло.

Для повышения жёсткости не всегда нужно делать весь корпус толще.

Ребро может добавить материал там, где он работает эффективнее.

Это особенно полезно для:

• крышек;

• больших панелей;

• кронштейнов.

Острый внутренний угол способен концентрировать напряжение.

Скругление иногда делает передачу нагрузки более плавной.

Но автоматически скруглять каждую грань тоже не нужно — радиус должен быть связан с функцией детали.

Фаска может выполнять сразу несколько функций:

• облегчать сборку;

• убирать острую кромку;

• помогать начать посадку;

• превращать сложное нависание в более печатаемую форму.

При проектировании стоит заранее решить:

• насколько критичен диаметр;

• какая будет ориентация;

• нужна ли последующая обработка.

Горизонтальное и вертикальное отверстия печатаются по-разному.

Главный вопрос не только:

нужна ли поддержка?

но и:

можно ли её потом удалить?

Особенно это важно для:

• внутренних каналов;

• закрытых полостей;

• глубоких карманов.

Подробно: поддержки, нависания и мосты в FDM.

Иногда одну модель рациональнее разделить на несколько частей.

Это имеет смысл, если выигрыш по:

• ориентации;

• количеству поддержек;

• качеству поверхности;

• стабильности печати

перекрывает цену дополнительного соединения и сборки.

Место под:

• heat-set insert;

• гайку;

• болт;

• резьбу

нужно проектировать вместе с окружающей геометрией.

Важны:

• толщина материала;

• доступ инструмента;

• направление нагрузки.

Подробно: отверстия, резьбы и металлические вставки.

CAD часто проверяют в конечном собранном состоянии.

Но реальное изделие ещё нужно физически собрать.

Проверьте:

• можно ли вставить крепёж;

• есть ли место для отвёртки;

• можно ли установить гайку;

• не блокирует ли одна деталь другую;

• можно ли заменить элемент при обслуживании.

Проектировать нужно не только готовое изделие, но и последовательность его сборки.

Две сопрягаемые поверхности не нужно автоматически моделировать «размер в размер».

Сначала определяют характер посадки, затем проверяют её на конкретном процессе.

Подробнее: допуски, зазоры и посадки в FDM.

Если после печати планируется:

• сверление;

• шлифование;

• покраска;

• склейка;

• установка inserts,

для этой операции нужно оставить:

• доступ;

• достаточный материал;

• удобную геометрию.

Геометрия для литья или CNC не обязана быть рациональной для FDM.

И наоборот.

Пример:

• литая деталь проектируется с учётом формы;

• CNC — с учётом доступа инструмента;

• FDM — с учётом слоёв и построения без оснастки.

После проектирования полезно пройти отдельный preflight:

• масштаб;

• геометрия;

• стенки;

• отверстия;

• supports;

• критичные размеры.

Подробный чек-лист есть в статье как подготовить модель к 3D-печати.

Хорошая FDM-конструкция появляется, когда одновременно учитываются:

нагрузка → ориентация → стенки → геометрия → поддержки → соединения → сборка → посадки → постобработка.

DfAM не означает «подстроить любую деталь под ограничения принтера». Его задача — спроектировать изделие так, чтобы производственный процесс и функция детали работали вместе.