ساختارهای پشتیبانی افزودنی

ساختارهای پشتیبانی افزودنی: چرا اهمیت دارند و چگونه برای آنها طراحی کنیم

تولید افزودنی عصر جدیدی از امکانات تولید را آغاز کرده است. فناوری پرینت سه بعدی ما را قادر می سازد تا با سرعت و دقت بی سابقه ای قطعاتی را که قبلاً غیرقابل ساخت هستند، با ابعاد و زوایای پیچیده ایجاد کنیم. با این حال، ماهیت فرآیند تولید افزودنی، که در آن مواد لایه به لایه اضافه می‌شود، اغلب به این معنی است که قطعات برای مدیریت فشار داخلی – اساساً نیروی گرانش – در طول چاپ به پشتیبانی نیاز دارند. بدون این پشتیبانی، لایه های افزودنی نمی توانند توسط مواد اطراف خود نگه داشته شوند و فرو بریزند و باعث از کار افتادن چاپ شوند. برای مقابله با این چالش، گاهی اوقات باید ساختارهای پشتیبانی را در قطعات پرینت سه بعدی خود طراحی کنیم.

برای اطمینان از به حداکثر رساندن پتانسیل قطعه پرینت سه بعدی خود برای سرعت، کیفیت و هزینه، درک ساختارهای پشتیبانی و نحوه ادغام آنها در پروژه تولید افزودنی مهم است.

ساختارهای پشتیبانی در پرینت سه بعدی چیست

ساختارهای پشتیبان عناصر یک قطعه پرینت سه بعدی را نگه می‌دارند که در حین ساخت هیچ ماده حمایتی ندارند. همه فرآیندهای چاپ سه بعدی به ساختارهای پشتیبانی نیاز ندارند: در حالی که فرآیندهای مدل سازی رسوب ذوب شده (FDM)، سنتز نور دیجیتال کربن (DLS) و استریولیتوگرافی (SLA) اغلب به پشتیبانی نیاز دارند، HP Multi Jet Fusion، که یک فرآیند چاپ بستر پودری است. ، نمی کند.

برای مثال، در فرآیند تولید افزودنی مدل‌سازی رسوب ذوب شده (FDM)، لایه‌هایی از مواد اکسترود شده گرم شده از یک بستر چاپی با چسبندگی به لایه‌های مواد زیر آن‌ها ساخته می‌شوند و ممکن است برای ایجاد یک سطح زاویه‌دار، آن لایه‌های پایین‌تر را آویزان کنند. هنگامی که این زاویه از 45 درجه بیشتر شود، عنصر آویزان معمولاً نیاز به پشتیبانی دارد یا وزن ماده بدون تکیه گاه باعث فرو ریختن عنصر و از کار افتادن چاپ می شود.

در مواردی که پشتیبانی مورد نیاز است، باید در طراحی قطعه ادغام شده و در هنگام تولید در قطعه چاپ شود. البته، این به معنای محاسبه زمان و مواد اضافی است که در طول فرآیند چاپ سه بعدی و حذف ساختارهای پشتیبانی پس از فرآیند مورد نیاز است.

استثناها: همه روش های تولید افزودنی به ساختارهای پشتیبانی نیاز ندارند. در حالی که فناوری‌های چاپ سه بعدی مانند مدل‌سازی رسوب ذوب شده (FDM) قطعات را با افزودن لایه‌هایی از مواد به تخت چاپ چاپ می‌کنند، سایرین مانند HP Multi Jet Fusion (MJF) قطعات را از یک بستر پودری چاپ می‌کنند. از آنجایی که لایه های پودری خود نگهدار هستند، طراحی قطعات HP MJF نیازی به ترکیب ساختارهای پشتیبانی ندارد.

چه نوع ساختارهای پشتیبانی موجود است

ساختارهای پشتیبان قطعات پرینت شده سه بعدی از نظر طراحی و نوع متفاوت هستند، اما می توانند به طور کلی به دو دسته تقسیم شوند: “درخت” و “حصار”.

 تکیه‌گاه درختان: تکیه‌گاه‌های درختان شبیه شاخه‌ها یا تنه‌ها ممکن است قسمتی را بپوشانند و برای سهولت در برداشتن، به‌خوبی روی سطوح زاویه‌دار قرار بگیرند. پشتیبان های درختی را می توان به سرعت به عنوان بخشی از یک پروژه چاپ سه بعدی طراحی، اعمال و آزمایش کرد و امکان تکرار سریع را فراهم می کند. ساختار شاخه مانند آنها به این معنی است که آنها می توانند در فواصل مسافتی برای حمایت از مناطق خاص دست دراز کنند.

 تکیه گاه نرده ها: تکیه گاه های حصاری شبیه به دیوارها و با انواع نقاط نصب، به صورت عمود بر سطح قطعه اغلب با ساختاری مشبک چاپ می شوند. تکیه گاه های حصاری نسبت به تکیه گاه های درختی بادوام تر و راحت تر برداشته می شوند و معمولاً برای قطعات آرایشی یا تولید با حجم بالا انتخاب بهتری هستند.

چه زمانی باید از ساختارهای پشتیبانی ساخت افزودنی استفاده کنم

«قانون 45 درجه» نشان می‌دهد که پرینت‌های سه‌بعدی 45 درجه و بیشتر به پشتیبانی نیاز دارند، در حالی که موارد زیر 45 درجه نیازی به پشتیبانی ندارند.

با این حال، قانون 45 درجه باید به عنوان یک قانون کلی در نظر گرفته شود و نیاز به سازه های پشتیبانی بسته به پیچیدگی طراحی قطعه و مواد مورد استفاده متفاوت است. در برخی موارد، پل زدن ممکن است جایگزینی برای سازه های نگهدارنده باشد: پل زدن تکنیکی است که در آن مواد افزودنی گرم شده در یک فاصله کوتاه (معمولا کمتر از 5 میلی متر) کشیده می شود بدون اینکه به یکپارچگی قطعه آسیبی وارد شود.

اصل YHT : هنگامی که به عنوان مدل های چاپ سه بعدی تصور می شود، حروف Y، H و T برای نشان دادن نیاز به ساختارهای پشتیبانی کننده تولید افزودنی مفید هستند.

ساختارهای پشتیبانی: چالش های تولید

سازه های پشتیبانی در بسیاری از سازه های افزودنی یک ضرورت هستند، اما مهم است که به خاطر داشته باشید که آنها می توانند به طور قابل توجهی بر هزینه یک قطعه در تولید حجم تأثیر بگذارند – بدون ذکر مقدار مواد زائد که پروژه در نهایت تولید می کند. هنگام جدا کردن سازه های نگهدارنده نیز باید مراقب بود زیرا ممکن است در هنگام جدا شدن به قسمت تمام شده آسیب بزنند یا علامت بزنند.

با در نظر گرفتن این عوامل، قطعات پرینت سه بعدی باید به طور ایده آل طراحی شوند تا نیاز به سازه های پشتیبانی را به حداقل برسانند یا از بین ببرند و در صورت امکان، اصول طراحی برای ساخت افزودنی (DFAM) باید به منظور بهینه سازی قطعات برای کیفیت، هزینه و تولید اعمال شود. زمان استراتژی های زیر ممکن است به کاهش نیاز به ساختارهای پشتیبانی کمک کند:

_ جهت گیری: جهت گیری قطعات روی تخت چاپ ممکن است بر نیاز به ساختارهای پشتیبانی تأثیر بگذارد. برای مثال ممکن است با چرخاندن قسمتی به پشت یا پهلو، اورهانگ ها از بین بروند. در مثال‌های بالا، قرار دادن هر یک از حروف مدل سه‌بعدی Y، H و T بر روی پشت آن‌ها می‌تواند به طور کامل هر عنصر آویزان را همراه با نیاز به سازه‌های پشتیبانی یا پل‌ها از بین ببرد.

_ هندسه قطعه: در صورت امکان، برآمدگی ها را از طرح خود حذف کنید – یا زاویه آنها را به کمتر از 45 درجه کاهش دهید. بدیهی است که الزامات عملکردی ممکن است حذف کامل برآمدگی‌ها را غیرممکن کند، اما ممکن است بتوانید عناصر طراحی جایگزین مانند پخ‌ها، قسمت‌ها و شعاع‌ها را معرفی کنید تا هندسه قطعه را خود نگهدارتر کند.

_ جداسازی قطعات: فناوری چاپ سه بعدی تولید قطعات منفرد پیچیده را امکان پذیر می کند، اما اگر میزان پشتیبانی مورد نیاز این قطعات کیفیت یا مقرون به صرفه بودن آنها را کاهش دهد، ممکن است ارزش آن را داشته باشد که قطعه را به اجزای کوچکتر تقسیم کنیم که بعداً می توان آنها را مونتاژ کرد. به عنوان مثال، قطعات کروی نیاز به پشتیبانی قابل توجهی دارند، اما با تقسیم آنها به دو نیم، و ایجاد یک سطح صاف بزرگ، می توان به طور کامل نیاز به تکیه گاه را از بین برد.

_ چگالی تکیه گاه: فشارهای وارد شده بر سازه های نگهدارنده تعیین می کند که چقدر باید قوی باشند و چه مقدار ماده برای چاپ آنها لازم است. برای اطمینان از چاپ موفق و مقرون به صرفه، اطمینان حاصل کنید که ساختارهای پشتیبانی شما به اندازه کافی متراکم هستند که اندازه عنصر آویزان را پشتیبانی کنند. به خاطر داشته باشید که هر چه ساختار ساپورت متراکم تر باشد، ممکن است حذف پس از چاپ دشوارتر باشد.

_ پشتیبانی قابل حل: برخی از فناوری های چاپ سه بعدی ممکن است قادر به چاپ ساختارهای پشتیبانی در یک ماده قابل حل جداگانه، از طریق یک نازل چاپ ثانویه باشند. این ساختارهای نگهدارنده را می توان در آب یا مواد شیمیایی غوطه ور کرد، پس از چاپ، و حل کرد تا قسمتی دست نخورده باقی بماند. تکیه گاه های قابل حل، پتانسیل آسیب به قسمت تمام شده را در طول فرآیند حذف سازه پشتیبانی کاهش می دهند. اکثر مواد افزودنی FDM دارای پشتیبانی قابل حل هستند، مواد DLS و SLA اینگونه نیستند. فرآیند HP MJF اصلاً نیازی به پشتیبانی ندارد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *