Använda gitterstrukturer i 3D-utskrift

För styrka och lättvikt

Additiv tillverkning (3D-utskrift) är unik i sin förmåga att producera detaljer med gitter- eller nätstrukturer. Dessa gitter är ett mångsidigt verktyg för ingenjörer av flera skäl. Gitterstrukturer hjälper till att göra delar lättare och starkare. De kan också bidra till att minska delvolymen, vilket leder till färre ytdefekter och förhindrar överdriven spänningsuppbyggnad. Mindre volym har den extra fördelen att spara byggtid och därmed kostnad. Den extra ytan på gitterstrukturer kan också användas i värmeöverföringsapplikationer. Läs vidare för att lära dig hur du använder gitterstrukturer i dina 3D-tryckta delar utan att göra ett nät av saker!

Gitterstrukturer beroende av teknik
Med den teknik vi erbjuder internt byggs delarna omgivna av råmaterial, oavsett om det är harts eller pulver. Följaktligen kan gitterstrukturer inte vara helt inneslutna. Delarna behöver åtkomsthål så att råmaterialet kan avlägsnas helt. Detta står i kontrast till FDM (fused deposition modelling) – en filamentbaserad additiv teknik – där delar omges av luft under byggandet, vilket möjliggör inneslutning av det inre gitteret genom delens ytterväggar.

Att använda gitterstrukturer samtidigt som man använder mer avancerad harts- och pulverbaserad 3D-utskriftsteknik är fortfarande verklighet med några överväganden.

Additiv teknik med stödstrukturer
Stereolitografi (SLA) är en hartsbaserad teknik som kräver stöd vid utskrift. För hartsbaserad teknik föredrar vi att ha några dräneringshål så att vi kan skölja det ohärdade hartset ur delen före UV-efterhärdningen. Om något ohärdat harts kvarstår kommer det att stelna under efterhärdningsprocessen. Om gallret måste vara helt inneslutet kan vi lägga till dräneringshål för bygg- och delrengöring och sedan plugga hålen före leverans. Du kan använda fältet Särskilda instruktioner i din offert för att begära att vi lägger till dräneringshål och pluggar och meddelar oss om du har en önskad plats för dessa funktioner.

Direct metal laser sintring (DMLS) är en pulverbaserad teknik för metall som också kräver stödstrukturer. Till skillnad från våra pulverbaserade plaster är metallpulvret inte kakat på delarna. Pulvret flyter fritt, som sand, vilket gör det mycket lättare att rengöra inre håligheter. Vi har också en pulveravskiljningsmaskin som skakar och vibrerar delar för att få ut pulver ur komplexa interna kanaler. Allt pulver som finns kvar i delen kommer dock att stelna under stressavlastningscykeln. Om en kanal eller hålighet behöver vara klar, se till att det finns gott om ställen för pulver att rinna av.

Supportfri additiv teknik
Selektiv lasersintring (SLS) och Multi Jet Fusion (MJF) använder pulverbaserade plastmaterial. Båda förlitar sig på delvis sintrat eller delvis smält pulver för att stödja delarna under byggandet, vilket eliminerar behovet av ytterligare stödstrukturer. Detta innebär att pulvret som omger delarna kakas på som torkad lera. Vi använder tryckluft för att ta bort pulvret efter bygget. Vi behöver dock en direkt siktlinje till pulvret för att effektivt rensa ut det. Medan luften kommer att virvla runt insidan av hålrummet, kommer endast pulvret direkt framför luftmunstycket att tas bort. På grund av detta bör gitterstrukturer för SLS och MJF utformas med gott om åtkomstpunkter för rensning av pulver.

Hur du utformar ditt gitter
Alla modeller vi får är byggda 100% solida, såvida vi inte har en oro för varp; Vi applicerar inte utfyllnad innan vi bygger. Vi ber att någon gitterstruktur modelleras in i delen innan den laddas upp till vår webbplats. Nedan följer riktlinjer för hur man utformar gitterstrukturer som inte fångar råmaterial eller kräver otillgängliga stöd.

De två största hindren för ett självbärande galler är broavstånd och vinkel från byggplattan. SLS och MJF har mest designfrihet när det gäller stödstruktur. Det ideala gitteret för denna teknik är relativt öppet så att det finns gott om tillgång till att blåsa ut o-sintrat / osmält pulver.

Eftersom SLA kan sträcka sig över mycket större avstånd utan att kräva stöd, kommer de flesta gitterkonstruktioner att vara självbärande. Om gitteret måste vara helt inneslutet kan vi lägga till dräneringshål i delen för byggnaden och sedan ansluta dem med samma material efter att ha tagit bort det ohärdade hartset från insidan. Om du vill gå den här vägen kan du begära det via fältet Specialinstruktioner i din offert och meddela oss på vilka ytor du vill ha pluggarna.

DMLS är den mest utmanande tekniken för att designa gitterstrukturer, eftersom den bara kan spänna över cirka 0,079 tum. (2 mm) innan stöd krävs. Broavstånd och självbärande vinklar spelar en mycket större roll för att undvika stöd inuti ett gitter.

Följande sex exempel har olika typer av gitter. Var och en av dessa skulle vara självbärande i SLA på grund av korta broavstånd. Endast några av dessa exempel skulle dock vara självbärande i DMLS. Läs vidare för att se vilka galler som behöver stöd i DMLS och varför. Orange funktioner indikerar områden som kräver en stödstruktur. Det är viktigt att notera att även om vi kanske kan ta bort stödstrukturer på ytterkanterna på ett gitter, kommer vi inte att kunna ta bort dem i mitten av gallret.

När kräver brolängd stöd?
I båda dessa fall behöver de markerade områdena stöd eftersom broavståndet överstiger 2 mm.

Arbeta med överhäng och stödstrukturer
De markerade områdena behöver stöd eftersom de växer som överhäng i en vinkel mindre än 45 grader mot byggplattan. Dessa betraktas som överhäng, inte broar, eftersom varje sida ansluter tillbaka till delen i en annan Z-höjd. De andra medlemmarna behöver inte stöd eftersom de växer in i hög vinkel.

Höga vinklar hjälper till att förenkla gitterstrukturer
Gitterexemplen nedan är självbärande eftersom alla funktioner växer i en vinkel ≥45 grader.

Se till att ditt gitter slutar med styrka
Gitterets kanter behöver också övervägas eftersom de säkerställer delintegritet. Även ett självbärande gitter kan kräva vissa stödstrukturer där det möter en solid del av delen. Gitteret på bilden till vänster är självbärande. Men när taket på delen kommer in är broavståndet för långt, och dessa områden kommer att kräva stöd.

Ett sätt att undvika stödstrukturer är att göra området mellan toppen av gallret och delens vägg fast. Alternativt, om vissa stödstrukturer är acceptabla, kan vi bygga delen som den är.

Om gitterstrukturen inte slutar i en vägg, som i exemplet ovan, bör gitteret sluta så snyggt som möjligt. I exemplet nedan slutar gitterets vänstra sida på ett sådant sätt att vissa funktioner behöver stöd. Lägg märke till att det finns fyra öar, i orange, som växer i flytande, i motsats till att växa av en befintlig funktion. Alla funktioner som växer in så här kommer att kräva stöd. Även om dessa stöd kommer att vara tillgängliga finns det en risk att de fina gitterfunktionerna kan böjas eller gå sönder som en del av borttagningsprocessen för stöd. Helst skulle gallret sluta på ett sätt som undviker dessa öar.

Gyroid gitter
Gyroidgitter är mer komplexa men erbjuder unika fördelar. De har nästan isotropa egenskaper och ett bra förhållande mellan styrka och gitterdensitet. Detta innebär att användning av gyroidgitter kan leda till minskning av materialvolym, byggtid och kostnad. Dessa är dock svårare att implementera utan att orsaka problem som fångade stöd eller pulver.

Teknik med stödstrukturer
För SLA och DMLS är det första hindret att undvika interna stöd. När du tittar från sidan kan du tänka på gyroidgitter som kanaler där väggarna skärs bort. För att undvika inre stöd på insidan av gallret bör kanalens diameter ligga inom den maximala diametern för självbärande kanaler.

Med en gyroidgitter är filupplösning också viktig. Om filupplösningen är låg och det finns många grova fasetter kan fasetteringen orsaka skarpa artefakter som växer in som öar och kräver stöd. I de två första exemplen nedan är filupplösningen tillräcklig. Men i det sista exemplet är filupplösningen mycket låg och det är troligt att de skarpare vinklarna kan orsaka att stöd växer någonstans inuti gitteret. Med gyroider gör komplexiteten det svårt att manuellt kamma igenom filen och identifiera områden som kräver stöd som inte har dem. Ju lägre upplösning filen har, desto större är risken att områden med understöd orsakar byggproblem.

Å andra sidan, om filupplösningen är för hög, blir filstorleken extremt stor och kan vara svår att förbereda och segmentera. Därför fungerar gyroidgitter bäst för små delar eller små delar av delar så att filstorleken inte överstiger vad vår förberedelse- och skivprogramvara kan hantera.

Supportfri teknik
För våra supportfria tekniker, SLS och MJF, skulle det ideala gyroidgitteret vara låg densitet. Eftersom vi behöver en siktlinje till alla områden för att helt rensa pulvret, kommer varje gyroidgitter att vara en utmaning för pulveravlägsnande och det finns risk för att något pulver kvarstår. Som sagt, ju tätare gitteret är, desto mer restpulver.

Kanaldiameter och stödstrukturer
I det här första exemplet kräver hela gitteret stöd i DMLS eftersom kanaldiametern är större än 0,236 tum. (6,00 mm).
Detta gitter är dock självbärande eftersom kanaldiametern är mindre än 0,236 tum. (6,00 mm).

Se till att gyroidgitter slutar ordentligt
Som med andra typer av gitter, hur gyroidgitterändarna kan göra eller bryta byggnadens framgång. Helst bör ett gyroidgitter omges av fasta väggar så att när det växer; Det slutar inte i en funktion som kräver stödstrukturer. Den första delen har gallret omgivet av väggar på alla fyra sidor, vilket hjälper till att stödja gallret. Den andra delen har gitteret som slutar utan stöd från en solid vägg. Eftersom gitteret på den andra delen slutar med grunda vinklar, behöver gitterens kanter stödstrukturer som vi kanske inte kan ta bort.

Om gallret måste sluta utan en solid vägg, ska den sluta så att kanterna är självbärande. Ena sidan av gallret som slutar på platser med lågvinklade väggar som kräver stödstrukturer. Å andra sidan slutar gitteret så att alla vinklar är 45 grader eller högre från byggplattan. Det andra gitteret kräver inga stöd och kommer att bygga mer framgångsrikt.

Om du behöver ytterligare hjälp, kontakta oss på +46 (0) 8408 391 86 eller customerservice@protolabs.se

10/2/2023 - Industritorget

Contact information

Protolabs

08408 391 86

View homepage

Send Email

Contacts

Links

Videos

Map

Print
Send tip

Mailing address
Halesfield 8
TF74QN Telford

Region
United Kingdom

Organization id:
5366160

Founded: Not specified
Employees: Not specified

Contacts

Links

Videos

Map

Welcome to Protolabs!

The company was founded in 1999 by Larry Lukis, a successful entrepreneur and computer geek. He wanted to radically reduce the time required to produce injection molded prototype parts.

His solution was to automate the traditional production process by developing complex software that communicated with a network of mills and presses. As a result, plastic and metal parts could be produced in a fraction of the time it had previously taken.

How we can help
Faster product development, reduced costs and optimized supply chain with 3D printing, CNC machining and injection molding enabled by technology.

arrow_downwardSee below for more information about our business.

Send rfq