Если вы выясняете. как разрабатывать детали для MJFВероятно, вам важны три вещи: надежное, повторяющееся качество; допуски, которые не удивят вас после постобработки; и удельные затраты, которые все еще имеют смысл, когда вы переходите от десяти прототипов к нескольким тысячам серийных деталей. По сравнению со многими технологическими процессами Multi Jet Fusion отличается снисходительностью, но он вознаграждает за дисциплинированную работу с САПР. В этом руководстве, предназначенном для американских команд разработчиков и производителей изделий, изложены практические методы, проверенные на практике, которые можно применять немедленно, не утопая в жаргоне.

Краткая информация о MJF 

Прежде чем вы начнете менять толщину стенок и галтели, следует вспомнить, как MJF на самом деле плавит порошок. Агенты подаются в места, где полимер должен застыть, инфракрасная энергия выполняет плавление, а окружающий порошок выступает в качестве встроенной опоры. Такая свобода влечет за собой ответственность: тепловая масса, эвакуация порошка и финишная обработка - все это влияет на размеры. Понимание этой взаимосвязи позволяет превратить пригодные для печати оттиски в готовые к производству детали.

Как разработать детали для MJF? Начинается с бизнес-целей

Прежде чем принимать какие-либо геометрические решения, согласуйте с командой ограничения бизнеса, чтобы инженерные решения, которые вы принимаете, были преднамеренными, а не реактивными. Это короткое упражнение поможет вам избежать чрезмерного проектирования прототипов или недостаточного проектирования промежуточных и опытных партий. Подумайте о стоимости одной детали, времени выполнения заказа, а также о том, какие размеры должны быть подвергнуты последующей обработке, а какие - "напечатал и пошел".

• Определите реальность затрат и сроков на которые вы должны ориентироваться (прототип vs. пилотный проект vs. малосерийное производство).
  
• Получение функциональных требований например, пути нагрузки, герметичность, воздействие ультрафиолета и необходимый эстетический вид.
  
• Контроль и проверка качества блокировки Предварительно (сканирование на КИМ, датчики хода/нехода, сверление или рассверливание отверстий, окрашивание, сглаживание паров).
  

Правила геометрии, которым можно доверять 

Сами по себе цифры не гарантируют успеха, но они исключают наиболее распространенные неудачи. Приведенные ниже цифры отражают широко распространенную практику основных сервисных бюро США и руководство HP. Отклонения от нормы допустимы, если вы тестируете их, документируете и поддерживаете постоянную ориентацию печати во всех сборках.

• Стены: сохраняйте короткие, неконструктивные стены на ≥0,8 мм; для корпусов, кронштейнов или деталей, несущих нагрузку, используйте 1,2-2,0 мм.
  
• Тисненые/гравированные детали: высота или глубина ≥0,4 мм со штрихами ≥0,3 мм чтобы оставаться читаемыми после обработки или окрашивания.
  
• Живые петли: вокруг 0,3 мм толстые и ориентированы по XY, а не по Z.
  
• Филе: добавить ≥0,8 мм внутренний и ≥1,0 мм внешние, чтобы уменьшить концентрацию напряжения и уменьшить количество ступенек.
  
• Решетки: сохранять размеры ячеек ≥1,5 мм для обеспечения равномерного плавления и предсказуемого удаления порошка.

Точность, усадка и реалистичные допуски

Точность размеров зависит от геометрии, ориентации, локальной тепловой массы и последующей обработки. Вместо того чтобы обещать заинтересованным сторонам общие допуски, установите основное эмпирическое правило и укажите в чертеже исключения для элементов CTQ.

• Используйте ±0,2 мм при длине до 100 мм, тогда ±0,2% после этого, как консервативный базовый уровень для PA12.
• Ожидайте отверстия для печати небольшого размера; оставить +0,1 - +0,2 мм для развертывания или сверления.
• Модель припуски на сборку где бы вы ни планировали использовать бисерную обработку, окрашивание, паровое разглаживание или машинную обработку.
• Сохраняйте равномерная толщина стенок чтобы избежать накопления тепла и деформации, которая приведет к смещению стека допусков.
  

Выемка, высыпание порошка и тепловой баланс

Большие цельные блоки - это самый быстрый путь к деформации деталей и большим расходам материала. Выемки не только экономят порошок, но и выравнивают тепловое поведение, что позволяет держать допуски под контролем. Планируйте пути эвакуации, как жидкостную систему, а не как последнюю мысль.

• Полые толстые области и добавьте не менее двух отверстий для выхода ≥6 мм на противоположных сторонах, чтобы смыть порошок.
• Разместите эвакуационные отверстия высокий и низкий использовать силу тяжести и сжатый воздух для удаления порошка.
• Сохраняйте внутренние каналы ≥2 мм Широкий, чтобы порошок не скапливался и не задерживал тепло.
• Поддерживать равномерная толщина стенок в полых оболочках и избегать длинных, неровных переходов, создающих тепловые градиенты.

Оптимизация прочности и жесткости (ребра, оболочки, решетки)

Правильное использование ребер, оболочек и решеток позволяет снизить массу без ущерба для прочности. Относитесь к ребрам как к структурным элементам, которым нужны галтели и толщина, а не тонкие косметические ребра. Для решеток приоритетом является технологичность и отсутствие порошка, а не экзотические узоры из ячеек, которые хорошо смотрятся на рендерах и не работают в производстве.

• Ребрышки должен быть 60-80% стены они поддерживают и заделывают в корне (≥0,5 мм) для предотвращения образования трещин.
• Ракушка + решетка стратегии работают хорошо: a 1-1,5 мм оболочка через 15-25% гироид/алмаз Ядро - это обычная, надежная модель.
• Боссы для вставок нужно дополнительное мясо: следуйте рекомендациям производителя термоустанавливаемых вставок относительно толщины стенок, чтобы избежать растрескивания.

Проектирование узлов и движущихся частей

Печатать сборки за один раз очень заманчиво, но перепечатывать сплавленные соединения дорого. Когда вы это делаете, дайте каждой контактной поверхности достаточно воздуха, чтобы пережить термический цикл и процесс разрушения. Проверьте один комплект образцов, прежде чем переходить к серийному производству.

• Оставить Зазор 0,25 мм с каждой стороны между движущимися поверхностями для предотвращения расплавления.
• Ориентируйте детали чтобы свести к минимуму длинные, параллельные друг другу грани, которые могут спекаться.
• Для защёлки, модель Зазор +0,15 мм с каждой стороны и подтвердите жесткость реальными отпечатками, а не только FEA.
  

Отделка поверхности и последующая обработка

Детали MJF выходят со станка с матово-серым покрытием и типичным Ra около 6-8 мкм. Каждый этап финишной обработки немного изменяет геометрию, поэтому создавайте зазоры и допуски, ориентируясь на то, что вы действительно будете применять, а не на то, что вы хотели бы пропустить.

• Дробеструйная обработка ровную текстуру, но может снять несколько сотых миллиметра - это необходимо для плотного прилегания.
  
• Окрашивание (часто черного цвета) проникает примерно на четверть миллиметра, поэтому не надейтесь, что он замаскирует свободные зазоры; разработайте их.
  
• Сглаживание паров улучшает целостность поверхности и водонепроницаемость; добавляет 0,05-0,15 мм Дополнительный зазор на критических интерфейсах.
  
• Вторичная обработка (сверление, развертывание, нарезание резьбы, торцевание) часто является самым дешевым способом гарантировать размеры CTQ.
  

Обеспечение качества и документация для повторяемости

Повторяемость производства MJF зависит от документирования не только номинальных размеров. Зафиксируйте, как вы вложили, сориентировали и обработали каждую деталь, а затем закрепите это в чертежах, путевых листах или файлах MSA. Чем более регламентирована область применения, тем большее значение это имеет.

• Ориентация и плотность упаковки при замораживании для серийного выпуска; сохраняйте аннотированные скриншоты в пакете с релизом.
  
• Список размеров и калибров CTQ (КИМ, сканирование в структурированном свете или "годен/не годен"), чтобы избежать неоднозначного контроля.
  
• Отслеживание номеров партий материалов и рецептов последующей обработки когда речь идет о соблюдении нормативных или медицинских требований.
  
• Запишите параметры отжига или сглаживания (время, температура, химический состав) для обеспечения однородности партии.

Распространенные ошибки в дизайне MJF и их быстрое исправление

Команды часто повторяют одни и те же ошибки, которые можно предотвратить: толстые массивы, которые деформируются, острые внутренние углы, которые трескаются, отверстия с заниженными размерами, которые никогда не рассверливаются, и сборки с почти нулевыми зазорами, которые превращаются в дорогие пресс-папье. Для их устранения требуются простые правила, закрепленные в контрольном списке CAD.

• Не моделируйте полнотелые кирпичи-Выровняйте толстые зоны, добавьте вентиляционные отверстия и сделайте стены однородными.
  
• Заделайте все внутренние углы в котором наблюдается нагрузка или концентрация тепла.
  
• Предполагается, что отверстия печатаются плотно и планируйте рассверливать или сверлить.
  
• Дайте движущимся частям свободу действий-В качестве исходной точки по умолчанию используйте 0,25 мм на сторону.
  
• Нормализация толщины стенок и используйте ребра для жесткости, а не случайные шипы по толщине.
  

Выбор материала для MJF 

PA12 используется по умолчанию, но это не единственный вариант. Выбор материала влияет на прочность, пластичность, химическую стойкость, цвет и даже отделку поверхности. Выберите материал намеренно, а затем адаптируйте правила проектирования (толщина стенок, зазоры, последующая обработка) в соответствии с выбранным полимером.

• PA12: сбалансированная прочность, жесткость и точность; идеальное производство общего назначения.
  
• PA11: повышенная прочность и ударопрочность; хорошо подходит для защелок и живых петель.
  
• Стекло- или минералонаполненные нейлоны: более высокая жесткость и термостойкость, но более хрупкие - добавляют большие радиусы.
  
• Безопасный для электростатических разрядов классы: для корпусов электроники; уточняйте диапазоны удельного сопротивления поверхности у поставщика и испытывайте детали, а не только купоны.

Контрольный список DFM, который необходимо выполнить перед загрузкой CAD 

Короткий контрольный список предотвращает 90% перепечатки. Выполните его внутри компании, прежде чем отправлять файлы в бюро, и попросите поставщика подтвердить его на своей стороне. Это самый дешевый контроль качества, который вы когда-либо применяли.

• Все ли стенки ≥0,8 мм, с несущими или высокими стенами - 1,2-2,0 мм?
• Вы выдолбили толстые области и добавить отверстия ≥6 мм на противоположных сторонах?
• Выделили ли вы +0,1-0,2 мм для любых отверстий, требующих жестких допусков после печати?
• Расстояние между подвижными частями составляет ≥0,25 мм с каждой стороны, а также прилегания +0,15 мм?
• Документированы ли этапы ориентации, плотности упаковки и последующей обработки. необходимо для производства?
  

Заключение

Отличные результаты достигаются при проектировании с учетом физики процесса - тепла, расхода порошка и финишной обработки. Сбалансируйте стены, создайте реальные пути отвода порошка, заложите в бюджет средства на механическую обработку там, где это сэкономит головную боль, и задокументируйте ориентацию, чтобы каждая партия вела себя одинаково. Сделайте это, и вы будете контролировать качество, сократите количество переделок и сохраните предсказуемость затрат на единицу продукции при переходе от прототипа к производству в США. Если вам нужно быстрое прохождение DFM или второй набор глаз на вашу следующую сборку, Elite Mold готовы рассмотреть вашу САПР и предложить наиболее экономичный вариант развития событий.

Вопросы и ответы

Существует ли единая минимальная толщина стенки, на которую я всегда могу положиться?

0,8 мм - это широко используемый безопасный минимум для коротких неструктурных стен. Если стена высокая, несущая, или в ней ощущается тепло, следует увеличить этот показатель до 1,2-2,0 мм.

Можно ли печатать нитками напрямую?

Да, для больших размеров (M6 и выше), но для долговечности и повторяемости большинство команд печатают пилотное отверстие и используют термозакрепляемые вставки или нарезают резьбу.

Насколько точными будут плоские уплотнительные поверхности при выходе из машины?

Планируйте ±0,2 мм и используйте выравнивание паров или механическую обработку, если вам нужна герметичность.

Изменит ли паровое сглаживание мои размеры?

Слегка. Добавьте зазор 0,05-0,15 мм для интерфейсов, где важна точность.