เหตุใดชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วย 3D ของฉันจึงบิดเบี้ยว

การบิดเบี้ยวในการพิมพ์ 3 มิติคืออะไร?

การบิดงอเกิดขึ้นเมื่อชิ้นส่วนที่พิมพ์เปลี่ยนรูปจากรูปทรง CAD ที่ต้องการ เนื่องจากความเค้นภายในที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการให้ความร้อน การทำให้เย็นลง หรือการแข็งตัว

ฟิสิกส์เบื้องหลังปัญหา (ภาษาอังกฤษธรรมดา)

วัสดุจะขยายตัวเมื่อถูกความร้อนและหดตัวเมื่อเย็นลง ในการพิมพ์ 3 มิติ ส่วนต่างๆ ของชิ้นส่วนจะเย็นลงในอัตราที่ต่างกัน ทำให้เกิดการไล่ระดับอุณหภูมิ การไล่ระดับสีเหล่านี้สร้างความเค้นตกค้างที่ดึงชิ้นส่วนออกจากรูปร่าง วัสดุที่มีอัตราการหดตัวสูงกว่าหรือการจัดการความร้อนไม่ดีจะมีความเสี่ยงเป็นพิเศษ สาเหตุการบิดงอของการพิมพ์ 3D ขั้นพื้นฐานเหล่านี้ปรากฏใน SLS, SLM และกระบวนการเสริมอื่น ๆ

การบิดเบี้ยวกับการบิดเบี้ยวและการหดตัว อะไรคือความแตกต่าง?

ทีมงานมักจะผสมข้อกำหนดเหล่านี้ ซึ่งทำให้การสื่อสารกับซัพพลายเออร์ยุ่งยาก:

การหดตัว: การลดขนาดโดยรวมที่คาดการณ์ได้

การบิดเบี้ยว: การโค้งงอหรือโค้งไม่สม่ำเสมอ โดยทั่วไปจะอยู่ที่ขอบและพื้นผิวเรียบ

การบิดเบือน: การเบี่ยงเบนทางเรขาคณิตในวงกว้างใดๆ รวมถึงการบิดตัวหรือการเปลี่ยนแปลงคุณลักษณะ

คำศัพท์ที่ชัดเจนช่วยในการแก้ไขปัญหาการบิดเบี้ยวในการพิมพ์โลหะ 3D หรือชิ้นส่วน SLS

มันจะร้ายแรงแค่ไหน? (จำนวนจริง)

ความรุนแรงของการบิดเบี้ยวจะแตกต่างกันไปอย่างมาก ต่อไปนี้เป็นเกณฑ์มาตรฐานเชิงปฏิบัติโดยอิงจากข้อมูลการผลิตจริง:

ตารางที่ 1: ช่วงการบิดเบี้ยว/การหดตัวโดยทั่วไปตามกระบวนการและวัสดุ

หมายเหตุ: ช่วงขึ้นอยู่กับ EOS และข้อมูลอุตสาหกรรม ผลลัพธ์ที่แท้จริงขึ้นอยู่กับเรขาคณิต พารามิเตอร์ และการประมวลผลภายหลัง-เป็นอย่างมาก

การบิดงอในการพิมพ์ 3 มิติด้วยไนลอน

ไนลอน (PA12 และ PA11) เป็นวัสดุ-ที่ใช้สำหรับชิ้นส่วนที่ใช้งานได้จริง แต่ก็ยังคงเป็นหนึ่งในโพลีเมอร์ที่มีแนวโน้มที่จะบิดงอได้มากที่สุด-

เหตุใดไนลอน (PA12 / PA11) จึงมีแนวโน้มที่จะเกิดความชื้นและความเครียดจากความร้อน

วิศวกรหลายคนคิดว่าชิ้นส่วนไนลอน SLS มีภูมิคุ้มกันต่อการบิดเบี้ยว เนื่องจากผงที่อยู่รอบๆ ให้การรองรับ ในความเป็นจริง การดูดซับความชื้นและโครงสร้างผลึกที่แข็งแกร่งของไนลอนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงมิติครั้งใหญ่ จากประสบการณ์การผลิตของเรา ชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วยผงรีไซเคิลสูงสามารถเห็นการบิดงอเพิ่มขึ้น 30-50% เนื่องจากพฤติกรรมการหดตัวที่ไม่สอดคล้องกัน สิ่งนี้ทำให้กลยุทธ์การแก้ปัญหาการบิดงอของไนลอน PA12 จำเป็นอย่างยิ่ง

สถานการณ์เฉพาะที่ชิ้นส่วนไนลอนล้มเหลวทางเรขาคณิต

การบิดงอของโครงไนลอน SLS ขนาดใหญ่ โครงสร้างผนังบาง- และการออกแบบที่ไม่สมมาตรมักไม่ผ่านข้อกำหนดด้านความเรียบ เราพบว่าลูกค้าด้านการบินและอวกาศและยานยนต์ได้รับชิ้นส่วนที่แข็งแกร่งซึ่งไม่สามารถตอบสนองความคลาดเคลื่อนในการประกอบในกรณีบิดงอต้นแบบที่ใช้งานได้

การแก้ไขที่ได้รับการพิสูจน์แล้วสำหรับการบิดงอของไนลอน

การออกแบบ: ใช้ความหนาของผนังสม่ำเสมอ (หลีกเลี่ยงพื้นที่เรียบขนาดใหญ่) เพิ่มโครงเสริมความแข็งแรง และรวมเอาความสมมาตร

กระบวนการ: รักษาอัตราการรีเฟรชผงให้เหมาะสม (โดยทั่วไป<50% aged powder) and controlled cooling.

หลังการประมวลผล-: อบอ่อนด้วยอุปกรณ์ติดตั้งแบบกำหนดเองเพื่อบรรเทาความเครียด

บริการการพิมพ์ 3 มิติไนลอนที่มีความสามารถหรือโรงงานการพิมพ์ 3 มิติไนลอนควรแจ้งความเสี่ยงเหล่านี้ในระหว่างการตรวจสอบของ DFM และเสนอการปรับเปลี่ยนก่อนการสร้าง

การบิดเบี้ยวในการพิมพ์ TPU และวัสดุที่ยืดหยุ่นทำให้เกิดปัญหาประเภทต่างๆ

วัสดุที่ยืดหยุ่นทำให้เกิดความท้าทายในการเปลี่ยนรูปที่ไม่เหมือนใคร

เหตุใดวัสดุที่ยืดหยุ่นจึงมีพฤติกรรมแตกต่างออกไปภายใต้ความร้อน

TPU มีโมดูลัสยืดหยุ่นต่ำ ทำให้ทนต่อการแตกร้าว แต่มีแนวโน้มที่จะเกิดการบิดเบี้ยวของชิ้นส่วนที่ยืดหยุ่นของ TPU เนื่องจากการคืบของยางยืดหรือการติดตั้งถาวรภายใต้ความร้อนหรือโหลดที่ยั่งยืน

โหมดความล้มเหลวทั่วไปในส่วน TPU SLS

ซีล บานพับที่ยืดหยุ่น และตัวหน่วงการสั่นสะเทือนเป็นเหยื่อที่พบบ่อย ในขณะที่บริการการพิมพ์ TPU SLSชิ้นส่วนต่างๆ มักจะมีความแข็งบริเวณชายฝั่ง ซึ่งอาจสูญเสียมิติที่สำคัญได้หากสภาวะการทำความเย็นหรือการเก็บรักษาไม่ได้รับการจัดการอย่างเข้มงวด สิ่งนี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับวิธีการป้องกันการบิดงอในการพิมพ์ SLS

วิธีรับชิ้นส่วน TPU ที่มีความเสถียรในมิติ

ใช้กลยุทธ์การสนับสนุนที่เหมาะสม ใช้อุปกรณ์ควบคุมความเย็น และจัดเก็บชิ้นส่วนในที่แห้งและอุณหภูมิ-ในสภาวะที่มั่นคง วิธีปฏิบัติในการจัดเก็บหลังการพิมพ์อาจส่งผลต่อรูปทรงขั้นสุดท้ายได้เกือบพอๆ กับตัวงานสร้างเอง

ตารางที่ 2: TPU กับ Nylon SLS - การเปรียบเทียบความเสี่ยงต่อการบิดงอ

การบิดงอในการพิมพ์โลหะ 3D ปัญหาที่ยากที่สุดในการแก้ไข

ชิ้นส่วนโลหะมักนำเสนอความท้าทายในการบิดงอที่ยากที่สุด

เหตุใดชิ้นส่วนโลหะจึงบิดเบี้ยวมากกว่าพลาสติก (และวิทยาศาสตร์เบื้องหลัง)

โลหะมีค่าการนำความร้อนและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อน (CTE) สูงกว่าโพลีเมอร์อย่างมีนัยสำคัญ การละลายอย่างรวดเร็ว-รอบความเย็นในกระบวนการบริการการพิมพ์ 3 มิติของโลหะทำให้เกิดการไล่ระดับของอุณหภูมิที่รุนแรงและความเค้นตกค้างอย่างมาก ส่งผลให้การพิมพ์โลหะ 3 มิติเสียรูป

โลหะชนิดใดที่มีความเสี่ยงมากที่สุด?

ตารางที่ 3: ความเสี่ยงจากการบิดงอตามวัสดุโลหะ (DMLS/SLM)

ข้อมูลที่สังเคราะห์จากบันทึกการใช้งาน Concept Laser / EOS

โครงสร้างการสนับสนุน

รองรับช่วยยึดชิ้นส่วนและจัดการความร้อน แต่อาจทำให้เกิดความเครียดใหม่ในระหว่างการถอด การออกแบบที่ชาญฉลาดในบริการพิมพ์โลหะ 3Dลดปริมาณการรองรับให้เหลือน้อยที่สุดในขณะที่ยังคงรักษาเสถียรภาพ

การรักษาความร้อนและบรรเทาความเครียด

มักจำเป็นต้องมีการอบอ่อนเพื่อบรรเทาความเครียดและการกดไอโซสแตติกแบบร้อน (HIP) โครงการด้านการบินและอวกาศ (AS9100) และการแพทย์ (ISO 13485) มีเกณฑ์การยอมรับที่เข้มงวดเป็นพิเศษ ซึ่งโรงงานชิ้นส่วนการพิมพ์ 3 มิติแบบกำหนดเองที่เชื่อถือได้จะต้องปฏิบัติตามอย่างสม่ำเสมอ

วิธีการที่ Smart Geometry ป้องกันการบิดเบี้ยวก่อนเริ่มการพิมพ์

กฎความหนาของผนังที่ใช้งานได้จริง

กำหนดเป้าหมายความหนาสม่ำเสมอที่ปรับให้เหมาะกับวัสดุ ผอมเกินไป (<0.8–1.0 mm for nylon) promotes warping; excessively thick sections can cause internal cracking or sink marks.

การวางแนวการสร้างมีความสำคัญมากกว่าที่คนส่วนใหญ่คิด

ซัพพลายเออร์ของคุณหารือเกี่ยวกับแนวทางการสร้างกับคุณหรือไม่? การจัดตำแหน่งพื้นผิววิกฤตที่มุม 45 องศาและการปรับทิศทางโหลดให้เหมาะสมสามารถลดการบิดเบี้ยวได้ 40-60% ในหลายกรณี

การเพิ่มซี่โครง เนื้อปลา และความสมมาตร - เคล็ดลับ DFM ที่ใช้งานได้จริง

การปรับเปลี่ยนที่ตรงไปตรงมาเหล่านี้ช่วยกระจายความเครียดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปัญหาการบิดงอส่วนใหญ่สามารถป้องกันได้ตั้งแต่เนิ่นๆ เมื่อทำงานร่วมกับโรงงานชิ้นส่วนการพิมพ์ 3 มิติที่ให้การตรวจสอบ DFM อย่างละเอียด

ดำเนินการ-แก้ไขด้านข้าง

สร้างห้องควบคุมอุณหภูมิและอัตราการทำความเย็น

อุณหภูมิห้องที่สม่ำเสมอและการระบายความร้อนแบบค่อยเป็นค่อยไปเป็นสิ่งสำคัญ อุปกรณ์ราคาประหยัดมักจะขาดความแม่นยำที่จำเป็นสำหรับผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอ

คุณภาพผงและอัตราการรีเฟรช (SLS{0}}เฉพาะ)

อัตราส่วนผงที่มีอายุสูงในบริการการพิมพ์ 3 มิติไนลอนและ TPU SLS Printing Service เพิ่มความแปรปรวนในการหดตัว เราขอแนะนำให้รักษาอัตราส่วนผงสดให้สูงกว่า 50% สำหรับชิ้นส่วนที่ทนทาน-แน่น

โพสต์-การประมวลผลที่แก้ไข (หรือสาเหตุ) การบิดเบี้ยว

การหลอมอย่างถูกต้องด้วยฟิกซ์เจอร์ช่วยลดความเครียด อย่างไรก็ตาม การใช้เครื่องจักร CNC ที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้เกิดการบิดเบี้ยวใหม่ๆ ได้ ทีมผู้ผลิตการพิมพ์ 3D โลหะที่มีประสบการณ์จัดลำดับขั้นตอนเหล่านี้อย่างระมัดระวัง

ติดต่อได้เลย

การบิดงอของการพิมพ์ 3 มิตินั้นไม่ค่อยเกิดขึ้นแบบสุ่ม - โดยเกิดขึ้นจากการทำงานร่วมกันของคุณสมบัติของวัสดุ การตัดสินใจในการออกแบบ พารามิเตอร์ของกระบวนการ และความเชี่ยวชาญของซัพพลายเออร์ ข่าวดีก็คือว่าปัญหาการบิดเบี้ยวส่วนใหญ่สามารถป้องกันได้ทั้งหมดเมื่อได้รับการแก้ไขในช่วงต้นของวงจรการพัฒนา

พร้อมที่จะขจัดปัญหาการบิดเบี้ยวแล้วหรือยัง? ส่งไฟล์ของคุณวันนี้เพื่อรับการตรวจสอบ DFM และใบเสนอราคาโดยละเอียดฟรี ทีมงานของเราเชี่ยวชาญในการส่งมอบโซลูชันจากโรงงานชิ้นส่วนการพิมพ์ 3 มิติแบบกำหนดเองที่มีความเสถียรและมีคุณภาพสูง- ครอบคลุมไนลอน, TPU และโลหะ

อ้างอิง

รายงานของ Wohlers ปี 2023: ตลาดการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุทั่วโลกและข้อมูลวัสดุ

MarketsandMarkets 2024: การคาดการณ์ตลาด SLS และ metal AM

ASTM F3049 / ISO/ASTM 52900: มาตรฐานการระบุลักษณะเฉพาะของวัสดุ AM

เอกสารไวท์เปเปอร์ทางเทคนิคของ EOS GmbH: ข้อมูลการหดตัว SLS PA12 / TPU

หมายเหตุการใช้งาน Concept Laser / EOS: แนวปฏิบัติเกี่ยวกับความเค้นตกค้างและการบำบัดความร้อนของ DMLS