3D tisk: Rychlé tipy od návrhu v CAD systému po vytištěný objekt

Siemens PLM Software

Ať již 3D tisk používáte pro svou zábavu nebo podnikání, základem každého projektu je kvalitní model. Pokud jste zvyklí na tradiční výrobní procesy, brzy zjistíte, že se způsob konstrukce a výroby u 3D tisku poněkud liší.

Po dokončení návrhu je třeba určit orientaci modelu a nastavit parametry 3D tisku podle požadavků na danou součást.

Většina tiskáren navíc nabízí možnost tisku s odlehčenou výplní. Výplně umožňují tisknout objekt bez deformací nebo zhroucení vnějších stěn rychleji, a s minimální spotřebou materiálu.

Aby byl 3D tisk úspěšný, je důležité, aby tištěný objekt správně držel na podložce. Pokud se během tisku od podložky odpojí, všechna tvrdá práce přijde vniveč.

Tento eBook vám pomůže s pochopením procesu 3D tisku. Obsahuje několik jednoduchých tipů pro návrh 3D objektu, techniky pro zjednodušení tisku a tipy ke správ-nému spojení objektu s podložkou.

Jedná se převážně o tipy pro 3D tiskárny s technologií FDM (Fused Deposition Modeling). Některé ovšem mohou být užitečné i pro další typy tiskáren.

Tvorba modelů pro 3D tisk: rychlé tipy

Návrh objektu v 3D CAD Uložení objektu do sou-boru STL

Otevření souboru v modulu tvorby řezů

Orientace objektu pro nejlepší tisk

Nastavení parametrů tisku

Odeslání objektu do 3D tiskárny

Postprocesing tisku (vyčištění)

Postup 3D tisku

Bez ohledu na to, jaké technologie a metody tisku použí-váte, proces 3D tisku je pořád stejný.

Návrh objektuVšechny projekty 3D tisku začínají návrhem 3D modelu. Pokud jste návrh objektu k tisku vymysleli sami, budete potřebovat software pro 3D modelování nebo CAD systém. Objekt může být jednoduchý či složitý, je ovšem dobré vyhnout se příliš tenkým nebo malým modelům.

Uložení souboru ve formátu pro tiskAby bylo možné objekt vytisknout, je nutné jej uložit ve formátu pro tisk, například do souboru s příponou .stl (STL). STL představuje standardní formát pro tisk. Tento typ souboru rozdělí plochu objektu na trojúhelníky, a tak sestaví výsledný tvar. Jednodušší tvary vyžadují méně trojúhelníků, složitější tvary více. Pro 3D tisk existují i jiné formáty, například formát *.3MF společnosti Microsoft. Formát STL se ovšem používá nejčastěji.

Uložení CAD souboru do formátu pro 3D tisk se provede jednoduše příkazem Uložit jako. Kvalitu tisku je ovšem možné při ukládání souboru STL ovlivnit pomoci několika nastavení, například přesnosti tolerance převodu nebo úhlů. Čím přesnější převod a jemnější úhly, tím hladší bude výsledný vytištěný objekt.

Otevření souboru v modulu tvorby řezůVětšina tiskáren obsahuje již od výroby své vlastní moduly tvorby řezů. Modul tvorby řezů načte STL soubor, rozdělí jej na vrstvy, a následně na jejich základě vygene-ruje kód, který tiskárna použije pro tisk.

Orientace modelu v prostoru pro tiskPo nastavení parametrů je nutné modely poskládat na desku. Na jednu desku je možné poskládat více součástí, což znamená, že tisk bude sice trvat déle než u jednoho objektu, ale celková doba tisku všech součástí by měla být kratší. Informace o orientaci modelu jsou probrány dále v tomto dokumentu.

Nastavení parametrůSoftware pro tvorbu řezů umožňuje uživatelům nastavit různé parametry tisku, například rychlost, dávkování, teplotu trysky a teplotu desky.

U většiny modulů pro tvorbu řezů jsou tato nastavení jednoduchá a zvládnou je i začátečníci. Pro zkušené uživatele jsou k dispozici pokročilá nastavení pro dosa-žení nejlepšího možného výsledku tisku. Je možné nastavit procento výplně, množství potřebného podpůr-ného materiálů a požadovaný typ plošiny (tenká základna nebo podložka ze které je možné vytištěný objekt snadno oddělit). Možností je spousta, záleží na značce tiskárny, většina je ovšem snadno pochopitelná.

Odeslání souboru G-kódu do tiskárnyPo nastavení parametrů, rozložení, orientace a kvality je čas na samotný tisk! Klikněte na tlačítko „Odeslat do tiskárny“ nebo „Tisk“ a čekejte. Tisk fyzické součásti může trvat od několika minut po několik hodin, záleží na složitosti návrhu.

PostprocesingPostprocesing se skládá z oddělení vytištěného objektu od podložky a odebrání podpůrného materiálu roztave-ním, odcvaknutím nebo rozpuštěním (podle typu tiskárny). Někdy je nutné lehké opískování nebo začiš-tění, ale správně vytištěný objekt by již nyní měl vypadat dobře. Součástí postprocesingu také může být vyhlazení plastových objektů ponořením do acetonu, lepení k dalším objektům (pokud je návrh větší než 3D tiskárna nebo je nutné součásti nebo objekty orientovat vůči 3D podložce jinak), vrtání děr a barvení.

Konstrukce s ohledem na technologii 3D tisku

Vyhněte se ostrým rohůmPokud se v geometrii nacházejí prudké přechody, napří-klad svislá stěna protínající vodorovnou plochu, tiskárna nemusí objekt správně zpracovat a vytvoří hrubé vnitřní plochy s přebytkem materiálu. Tomu se dá předejít dvěma jednoduchými způsoby: přidáním sražení nebo zaoblení pro plynulý přechod v problematickém místě. Zaoblením dojde také ke zpevnění, ostré rohy se snadněji rozbijí.

Nepoužívejte tenké stěny a malé prvkyTechnologie FDM tiskne jednotlivé vrstvy objektu nanáše-ním horkého materiálu z trysek. Tiskový materiál je možné nanášet do omezené míry, závisí na velikosti trysky a rychlosti pohybu hlavy. Příliš tenké struktury se tisknou obtížně a mohou z nich vzniknout chuchvalce vláken. Pokud už se vytisknou, jsou velmi křehké a snadno se rozbijí.

Nepoužívejte příliš silné stěnyPokud jsou stěny příliš silné, může být vytištěný objekt křehký a jeho stěny mohou popraskat. To je důležité zejména při tisku s různými materiály, kdy nadměrná tloušťka způsobuje během tisku vnitřní napětí. Příliš silné stěny také spotřebují velké množství tiskového materiálu a budou se tisknout déle.

Nepoužívejte převisy3D tiskárny sice umí hodně, ale nemohou tisknout „do vzduchu“. Všude tam, kde je prázdné místo a nad ním opět materiál, je nutné použit podpůrný materiál. Většina modulů pro tvorbu řezů to provádí automaticky, pomocí parametrů je ovšem možné určit orientaci a počet pod-půrných struktur. Tiskárny s jednou tryskou vytvářejí řadu tenkých sloupů, které je nutné ulomit. Výsledná plocha pak není tak hladká. Z tohoto důvodu je vhodné se vyhnout velkým převisům a tím omezit počet podpůr-ných struktur.

Pokud potřebujete vytvořit velký převis, zkuste provést tisk vzhůru nohama. Většina tiskáren si poradí s převisem pod úhlem 45 stupňů. V určité výšce se však může vrchol převis zdeformovat. Takové případy je nutné odladit metodou pokus-omyl.

Díry se zmenšíPamatujte, že součást bude vytištěna pomocí horkého tiskového materiálu, který se během chladnutí smrští. Z tohoto důvodu je nutné díry a podobné prvky navrhnou větší, aby se po tisku zmenšily na správnou velikost.

Pokud musí být díra v objektu v rámci určité tolerance, pak je vhodné vytisknout díru menší a poté ji zvětšit vrtákem vhodné velikosti. To platí zvláště u děr, které jsou rovnoběžné s podložkou.

Využití sloní nohy U objektů, které se svou plochou příliš nedotýkají pod-ložky, hrozí, že se během tisku uvolní. Tomu lze zabránit přidáním tzv. sloních noh, které v těchto místech pro účely tisku podepřou geometrii. Geometrii modelu je nutné rozšířit v místech, kde se nohy dotýkají podložky.

Spojení objektu s podložkou je možné i dalšími způsoby, o kterých se zmíníme dále.

Způsob konstrukce modelu s ohledem na technologii výroby může tisk velmi usnadnit, jsou však i možnosti, jak usnadnit tisk způsobem jeho realizace.

Kulaté předmětyOrientujte model tak, aby využíval co nejméně podpůr-ného materiálu, ideálně aby byly velké rovinné plochy v kontaktu s podložkou. Dále orientujte zaoblené nebo válcové objekty zaoblenými stranami vzhůru směrem k trysce tiskárny. Když se podíváte směrem shora dolů, měli byste vidět kruhový tvar. Tento způsob tisku zajistí symetrický tisk a správně kulatý tvar.

Svislý tisk prázdných míst a děrPokud se v modelu nachází prázdná místa (například čtvercová trubice), pak se je pokuste orientovat svisle, aby se snížilo množství podpůrného materiálu. Pokud budou orientovány vodorovně, bude celá vnitřní část potřebovat podpůrný materiál, což je zbytečné.

Totéž platí také u děr: pro dosažení největší soustřednosti je vhodné, aby tiskárna díru vytvořila svisle pomocí vrstvených prstenců. Tím se zabrání prohýbání nebo zploštění děr do oválného tvaru.

Nastavení parametrů kvalityParametry kvality, například tolerance převodu pro STL a nastavení modulu tvorby řezů, umožňuje nastavit kvalitu plochy shodnou s originální vyrobenou součástí. Vyšší kvalita ovšem znamená delší dobu tisku. Při určování kvality tisku je vhodné přemýšlet o účelu: jedná se o koncový výrobek nebo prototyp? Bude plocha viditelná nebo zakrytá?

Kvalita má vliv také na tvar děr v návrhu. Díry v CAD souborech jsou ve skutečnosti reprezentovány čarami, které navzájem svírají určité úhly. Čím větší bude kvalita uloženého souboru STL, tím méně bude díra vypadat jako mnohoúhelník.

Tipy pro přípravu modelu pro tisk

Snížení tloušťky vrstvyChcete-li dosáhnout nejlepší kvality, pak je zvláště u tiskáren FDM vhodné snížit tloušťku vrstev, čímž dosáh-nete jemnějšího tisku. Tím dojde k prodloužení tisku, ale výsledná kvalita bude vyšší.

Optimalizace výplněPro zajištění dostatečné pevnosti není nutné tisknout objekty v plném objemu. Stejně jako plástve vyráběné včelami, i tiskárny mohou vytvořit vzor výplně, který má rovnovážný poměr mezi pevností a úsporou materiálu. Pokud ovšem chcete vytištěný objekt použít jako prototyp pro testování pevnosti dílu vyráběných konvenční techno-logií nebo plánujete objekt vystavit tlaku či napětí, pak je vhodné použít tisk plného objemu.

Výběr materiálůPro úspěšný tisk je nutné pečlivě zvážit výběr materiálu. Každý materiál má jiné vlastnosti, například TPU (termo-plastický polyuretan) a PLA (kyselina polymléčná) mají nižší teplotu tání než ABS (akrylonitrilbutadienstyren). Při plánování podpůrných struktur je nutné vybrat vhodný typ materiálu. Objekt vytištěný pomocí PLA může mít podpory z PLA, protože půjdou od výsledného objektu snadno ulomit. ABS potřebuje ovšem jiný podpůrný materiál a u TPU by se neměly podpory používat vůbec.

Plný objem není u 3D tisku vždy tou nejlepší volbou. Ačkoliv i tisk plného objemu má své výhody, výplň může často ušetřit materiál i čas.

3D tisk je unikátní v tom, že je u tištěného objektu možné určit procento výplně. Pro výplň navíc není nutné vytvá-řet konstrukci, modul tvorby řezů se o tento úkon postará. Jediná hodnota, kterou je nutné vždy zadat, je procento výplně – čím blíže bude ke 100 procentům, tím více se bude podobat plnému objemu. U některých tiskáren je nutné vybrat také vzor výplně.

Kromě úspory času a materiálu nabízí výplň i další výhody.

Výplň zabraňuje zkrouceníPokud tisknete velké objekty jako jeden veliký kus tisko-vého materiálu, bude mít tendenci se kroutit. Tomuto zkroucení zabráníte nastavením nižšího procenta výplně. Tak bude vzduch během tisku proudit přes součást a objekt se bude ochlazovat rovnoměrněji.

Výplň nesnižuje pevnost součástiTisk se vzorem výplně neznamená, že výsledný objekt bude křehký. Ve většině případů je objekt s výplní dosta-tečně pevný. Navíc je lehčí a používá menší množství materiálu.

Vzor výplně podle účeluVětšina modulů tvorby řezů nabízí široké množství vzorů výplně. Výběr vhodného vzoru vždy závisí na účelu výsledného objektu. Běžná obdélníková výplň se tiskne snadno a rychle, vzor včelí plástve nebo vzor trojúhelníků je ovšem pevnější. Vzor výplně s vlnami zase usnadňuje ohýbání a kroucení objektu.

Jaké je správné procento výplně?Obecně platí, že čím vyšší je procento výplně, tím je objekt pevnější. Výchozí nastavení u většiny tiskáren je okolo 20 procent. Pro vaši součást to však může být příliš mnoho nebo příliš málo. U součástí je nutné zvážit napětí, které na ně bude v provozu působit. U více zatíže-ných součástí nebo oblastí je pak vhodné procento

Jak používat výplně

výplně a tím i pevnost zvýšit. Pokud není nutné, aby byl objekt velmi pevný, pak je možné procento výplně snížit, zrychlit tím tisk a také ušetřit materiál.

Určení správného procenta výplně bohužel velmi často vyžaduje zkoušení metodou pokus omyl.

Obruč, prstenec a plošina: tyto výrazy mohou znít směšně, ale u technologie 3D tisku popisují tři hlavní způsoby, jak je vytištěný 3D objekt spojen s podložkou. Pojďme si tyto způsoby a jejich použití vysvětlit.

ObručObruč znamená, že se na začátku tisku okolo objektu několikrát obkrouží jeho obrys, aby bylo jisté, že tiskový materiál proudí správně. Obruč není s objektem nijak spojena. Obruč se nachází okolo tištěného objektu a pomáhá tiskárně FDM při přípravě na samotný tisk. Díky obruči bude z trysky proudit při zahájení tisku již dobře tvarovatelný horký termoplast. Tím se zajistí správné přilnutí k podložce a jemný a hladký povrch.

PrstenecPrstenec je široká vytištěná oblast připojená k primár-nímu objektu, která se nachází vedle základny objektu (jako krempa klobouku). Prstenec se podobá obruči, je však s modelem spojen. Kromě výhod obruče udržuje prstenec hrany vytištěného objektu v kontaktu s podložkou.

Další výhodou je, že při tisku objektu se vnější strana ochlazuje rychleji než vnitřní, tím může dojít ke zkrou-cení. Prstenec zkroucení zabraňuje a udržuje hrany ve správné pozici.

PlošinaPlošina je odpojitelná mřížková součást nacházející se pod celým objektem (objekt na ní sedí). Tiskárna plošinu vytvoří tak, že před samotným tisknutím objektu umístí na podložku dvě až tři vrstvy materiálu.

Plošiny nabízí výbornou přilnavost k podložce a pevný základ pro tištěný objekt. To je užitečné zejména u velmi malých objektů, objektů se zvláštním tvarem, který by se k podložce dobře nepřichytil, a u objektů s tenkými stěnami.

Způsob spojení 3D tisku s podložkou

Většinu plošin je možné po dokončení tisku snadno odlomit.

Tip pro tiskárny, které nemají vyhřívané podložkyPlošiny jsou užitečné i u tiskáren, které nemají vyhřívané podložky, kde přilnavost k podložce může znamenat problém.

Alternativou je použití malířské pásky na podložku. Hrany pásky by ideálně měly obalovat strany podložky kvůli lepší ochraně. K tomuto účelu je možné použít také kaptonovou pásku, která je ale dražší.

Pokud se objekty i nadále kroutí nebo se uvolňují, je možné na malířskou pásku nanést smývatelné lepidlo, které mírně zvýší přilnavost.

Při konstrukci zohledněte technologii výroby3D tisk je z části věda a z části umění. Kvalitní návrh pro 3D tisk znamená pochopení procesu tisku a přizpůsobení modelu. Pomocí uvedených technik a správného koncipo-vání celého projektu dosáhnete nejlepších výsledků.

Software pro návrh 3D tisku může být různýFunkce vašeho softwaru vás nesmí omezovat při navrho-vání. Solid Edge® od společnosti Siemens PLM Software nabízí nástroje, které pomáhají vytvářet konstrukce přímo pro 3D tiskárny. Hotové návrhy je poté možné připravit k tisku a odeslat do různých 3D tiskáren a online služeb.

Dejte vašim nápadům novou podobu díky technikám konstrukce pro 3D tiskSolid Edge umožňuje inovativní modelování pomocí generativního návrhu: konstruktéři jednoduše definují určitý materiál, obsazený prostor, přípustná zatížení, známá omezení a cílovou hmotnost výrobku. Software pak automaticky vygeneruje výslednou geometrii. Výsledné složité tvary je možné okamžitě vyrobit na 3D tiskárnách.

K tisku na 3D tiskárnách je možné použít také naskeno-vaná 3D data. Solid Edge umožňuje bezproblémovou kombinaci tradičního objemového modelování a síťových modelů bez časově náročných a na chyby náchylných převodů.

Pokud jste si již stáhli soubor STL, který hodláte vytisk-nout na 3D tiskárně, můžete ho díky naší jedinečné synchronní technologii otevřít v Solid Edge a snadno jej před 3D tiskem upravit.

Tisk na vlastním počítači nebo pomocí tiskové službyModely ze Solid Edge je možné snadno tisknout na vaší 3D tiskárně nebo odeslat do cloudu s žádostí o cenové nabídky výroby z různých materiálů i s dodáním na vaši adresu.

Shrnutí

Solid Edge umožňuje odesílání modelů součástí na 3D tiskárny pomocí příkazu 3D tisk. Součásti je možné ukládat do formátů STL a 3MF, případně je odesílat přímo do aplikace Microsoft 3D Builder. Pokud nevlastníte 3D tiskárnu nebo chcete experimentovat s různými materi-ály, můžete ze Solid Edge odeslat modely přímo do cloudové služby pro 3D tisk, například 3YOURMIND. Nabídky na výrobu součásti se liší podle použitého mate-riálu a termínu dodání.

Začněte s 3D tiskem v Solid Edge zdarma

Vyzkoušejte Solid Edge zdarma Začněte s návrhem součástí pro 3D tisk ve zkušební verzi Solid Edge. Další informace: www.siemens.com/plm/try-solid-edge

Stáhněte si Solid Edge pro studenty Studenti všech typů škol mohou využít výhod bezplatné

verze pro studenty, která obsahuje pokročilé funkce návrhu výrobků a také možnost vytvářet soubory STL nebo 3MF pro 3D tisk. Další informace: www.siemens.com/plm/student

Požádejte o Solid Edge pro startupy Startupy splňující určitá kritéria mohou žádat o profesio-nální verzi Solid Edge zdarma. Vytvářejte snadno návrhy součástí a prototypů pro 3D tisk. Další informace: www.siemens.com/plm/startup

Siemens PLM Softwarewww.siemens.com/plm

Siemens Industry Software, s.r.o. infocz.plm@siemens.com +420 266 790 437

© 2019 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc. Siemens, logo Siemens a SIMATIC IT jsou registrované ochranné známky společnosti Siemens AG. Camstar, D-Cubed, Femap, Fibersim, Geolus, GO PLM, I-deas, JT, NX, Parasolid, Solid Edge, Syncrofit, Teamcenter a Tecnomatix jsou ochranné známky a registrované ochranné známky společnosti Siemens Product Lifecycle Management Software Inc. nebo jejich dceřiných společností v USA a dalších zemích. Simcenter je ochranná známka nebo registrovaná ochranná známka společnosti Siemens Industry Software NV nebo jejích dceřiných společností. Všechny ostatní ochranné známky, registrované ochranné známky a servisní známky náleží jejím příslušným držitelům. 73693-A5 CZ 1/19 o2e