راهنمای طراحی برای چاپ به روش (SLS)
مقدمه مترجم:
طراحی قطعات برای چاپ به روش SLS بسیار شبیه به طراحی قطعات قالب‌گیری تزریقی است و رعایت اصول طراحی برای دستیابی به یک قطعه مناسب با این روش ساخت، موفقیت در ساخت قالب و فرآیند قالب‌گیری آن را تا حد زیادی تضمین میکند. از طرفی تسلط بر اصول طراحی این فناوری می‌تواند در گام‌های بعدی به شما در چاپ قطعات فلزی با فناوری خواهر آن یعنی DMLS کمک کند؛ چرا که نسبت به آن هزینه کمتری داشته و آزمون و خطا برای دستیابی به نتایج مورد انتظار، به صرفه‌تر خواهد بود. شرکت‌های ارائه دهنده خدمات طراحی و چاپ سه بعدی، چارچوب‌های مختلفی را برای تلرانس‌ها و اصول طراحی پیشنهاد می‌کنند؛ اطلاع از کلیات این قواعد، به کاربران کمک میکند تا با ارتباطی سریع و مؤثر با مشاوران طراح هر شرکت، بهترین نتایج را دریافت کنند.
کلمات کلیدی:
چاپ سه بعدی، راهنمای طراحی، روش SLS، چاپ سه بعدی با SLS، پرینت سه بعدی ظریف، چاپ سه بعدی پلاستیک
آخرین تاریخ ویرایش:
دی ماه 1400
مرور اجمالی
پخت انتخابی با لیزر یک فرآیند ساخت به روش افزودن مواد است که در آن لیزر به طور دقیق بستری از پودر نایلون را برای ساخت بخشی از یک فایل سه بعدی ذوب میکند. دستگاه سطوح مقطع قطعه را به صورت لایه به لایه به ضخامت 120 میکرون از پایین به بالا تا زمان تکمیل آن می‌سازد. قطعات SLS با روکش سفید، کمی دانه‌دار و مات بیرون می‌آیند. گزینه‌های متنوعی برای پردازش نهایی قطعه در دسترس هستند تا به قطعات ظاهر و احساس دلخواه‌تری ببخشند.
با توجه به اینکه قطعه از یک بستر پودری با تف جوشی لیزری چاپ می‌شود، محدودیت‌هایی برای اجزای خاصی از قطعات وجود دارد که این فرآیند می‌تواند ایجاد کند.
این راهنما جزئیات خاصی را در مورد نحوه جلوگیری از خرابی‌های ناخواسته هنگام طراحی برای SLS پوشش می‌دهد، مانند: ضخامت دیواره‌ها، شکاف‌ها، سوراخ‌ها، اندازه فونت‌ها، پین‌ها و حفره‌ها. برای جلوگیری از این خرابی‌ها، مطمئن شوید که حداقل تلرانس‌های معرفی شده، یا اجزای طراحی مورد نیاز برای از بین بردن احتمال وقوع خرابی‌های خاص را رعایت کرده‌اید.
نایلون سفید با دوامSLS یک نوع نایلون 12 است. روکش یک قطعه ساخته شده به روش SLS، به رنگ سفید مات روشن با بافتی شبیه به “حبه قند” خواهد بود.
نکته:
مهم است که بدانید طراحی در SLS یک فرآیند تکراری با آزمون و خطا است و اجزای طراحی اغلب آن طور که انتظار دارید در بار اول چاپ نمی‌شوند. مدل CAD ممکن است برای بهینه سازی فرآیند نیاز به ویرایش‌ها و افست‌هایی داشته باشد. صبور باشید و با تیم کارشناس طراحی برای طراحی صحیح هر بخش از قطعات همکاری کنید.
تلرانس‌های عمومی
اگر نقشه یا برگه مشخصات توسط مشتری ارائه نشده باشد، کارشناسان طراحی، قطعات را با مشخصات تلرانسی ذکر شده در زیر پیش‌بینی می‌کنند:
• تلرانس 130 یا 50 میکرونی در هر 25 میلیمتر، بنا به انتخاب تنظیمات دستگاه که می‌تواند انتخاب شود.
• قطعات با هندسه ضخیم‌تر، قطعات مسطح یا پهن، و قطعات با ضخامت دیواره ناهموار به دلیل انقباض و تنش حرارتی متغیر، مستعد انحراف یا تاب برداشتن خواهند بود.
• در شرکت‌های بزرگ خدمات پرینت سه بعدی، حداکثر ابعاد ساخت قطعات تا 330 × 330 × 500 میلیمتر است.
ضخامت دیواره‌ها
کارشناسان طراحی حداقل ضخامت دیواره را 0.7 میلیمتر و ترجیحاً بیشتر از 1 میلیمتر توصیه می‌کنند. دیواره‌هایی که نازک‌تر از 0.5 میلیمتر هستند، به دلیل گرمای زیاد لیزر، به طور قابل توجهی منحرف می‌شوند.
نحوه طراحی اطراف دیواره‌های نازک
مطمئن شوید که حداقل ضخامت در نظر گرفته شده برای قطعات کوچک 0.5 میلیمتر و برای قطعات بزرگ 1میلیمتر باشد. هرچه قطعه بزرگتر باشد، دیواره باید ضخیم‌تر باشد تا اطمینان حاصل شود که به درستی پشتیبانی می‌شود. به ندرت به دیواره‌هایی با بیش از 5 میلیمتر ضخامت نیاز می‌شود.
نکته:
احجام و دیواره‌های ضخیم‌تر با ضخامت متغیر، در معرض خطر تغییر شکل به دلیل انقباض و تنش هستند. به طور کلی، قوانین طراحی دیواره‌ها برای قالب‌گیری تزریقی را رعایت کنید تا به قطعات یکنواخت‌تر و یکدست‌تری دست‌یابید.
شکاف‌ها
وضوح شکاف در SLS نه تنها به عرض شکاف، بلکه به ضخامت دیواره‌ای که شکاف روی آن چاپ شده نیز بستگی دارد. دیواره‌های نازک‌تر اجازه می‌دهند تا وضوح شکاف‌ها بهبود یابد، زیرا مواد اضافی، راحت‌تر پاک می‌شوند و مواد کمتری به دلیل گرمای محبوس شده یا تابشی (معروف به تف جوشی بیش از حد) بر روی جداره‌های شکاف باقی می‌ماند. همچنین انقباض حرارتی نیز ممکن است اندازه طراحی شده شکاف‌های کوچک روی سطوح بزرگ را کوچک کند.
نحوه طراحی در اطراف شکاف‌های نازک
اگر در حال ایجاد یک قطعه کوچک هستید، حتما از دیواره‌های نازک‌تری استفاده کنید که دارای شکاف هستند تا از پخت بیش از حد جلوگیری شود. طراحی سبک قطعات، همان طور که هنگام طراحی برای قالب‌گیری تزریقی انجام می‌شود، به کاهش مقدار مواد در قطعه کمک میکند. این امر نه تنها باعث صرفه جویی در هزینه می‌شود، بلکه از پخت بیش از حد نیز جلوگیری میکند. شکاف‌های نازک یا نامنظم را به اندازه 150 تا 200 میکرون آفست کنید تا انقباض‌های ناشی از تف جوشی بیش از حد را جبران کنید و متعاقباً به قطعه‌ای نزدیکتر به اندازه‌های طراحی شده دست یابید.
سوراخ‌ها
پاکسازی مواد از داخل سوراخ‌های کوچک، حفره‌های داخلی یا سوراخ‌هایی که به دلیل گرمای تابشی لیزر بر روی مواد تف جوشی، بسته می‌شوند، دشوار است. قطر سوراخ‌ها نیز مانند عرض شکاف‌ها، به ضخامت دیواره‌هایی که روی آن چاپ می‌شوند بستگی دارد. مشابه شکاف‌ها، هرچه دیواره نازک‌تر باشد، سوراخ راحت‌تر پاک می‌شود. حفره‌های دررو بزرگتر از 1 میلیمتر در قطعات به خوبی چاپ می‌شوند. برای سوراخ‌های نامنظم یا غیرقابل دسترس لطفاً دستورالعمل‌های زیر را دنبال کنید.
نحوه طراحی سوراخ‌های کوچک یا نامنظم
در صورت امکان، ضخامت دیواره‌ای را که سوراخ روی آن قرار می‌گیرد کاهش دهید تا به پاک شدن مواد و کاهش انقباضات کمک کند. سطوح سوراخ‌های کوچک را به اندازه 150 تا 200 میکرون آفست کنید تا انقباض‌های ناشی از تف جوشی بیش از حد را جبران کنید. توصیه می‌کنیم سوراخ‌ها را با اندازه‌های مته استاندارد طراحی کنید تا با دریل‌کاری سوراخ‌ها در طول عملیات پردازش نهایی، از اندازه‌های دقیق آنها اطمینان حاصل کنید.
نکته:
طراحی سوراخ‌ها به صورت دررو، امکان پاکسازی مواد اضافی را در طول فرآیند پردازش نهایی فراهم میکند تا اطمینان حاصل شود که تمام مواد پاک می‌شوند.
اندازه فونت‌ها
در ماهیت چاپ قطعات با روش SLS، خوانایی متنی‌های فرو رفته بسیار کمتر از متن‌های برجسته است. SLS قادر است متن را به صورت خوانا با حداقل ضخامت 430 و ارتفاع 560 میکرون چاپ کند.
طراحی قطعات دارای متن
مطمئن شوید که متن شما حداقل 430 میکرون ضخامت و 560 میکرون ارتفاع داشته باشد تا از ناخوانا شدن حروف جلوگیری شود. مطمئن شوید که از فونت‌هایی با عرض کاراکترهای متوسط یا عریض‌تر از آن استفاده می‌کنید؛ نمونه‌ای از کوچک‌ترین ضخامت خوانای متن، فونت Arial 16 است. فونت‌هایی که باید از آنها اجتناب کنید، فونت‌هایی هستند که در نام آنها عبارت “متراکم (condensed)” وجود دارد، فونت‌هایی که عرض کاراکتر باریک دارند، و یا هر فونتی که کمتر از ضخامت قلم معمولی ضخامت داشته باشد.
نکته:
حروف فرو رفته خوانایی بسیار کمتری دارند، بنابراین در صورت لزوم استفاده از آنها مطمئن شوید که ضخامت و عمق بیشتری نسبت به حروف برجسته داشته باشند. همچنین استفاده از زاویه درفت 3-5 درجه برای متن، به ویژه برای حروف کوچک خاص مانند “i” یا “j” توصیه می‌شود. این زاویه درفت می‌تواند به طور قابل توجهی به حفظ جزئیات ظریف کمک کند.
پین‌ها
مشکل اصلی هنگام طراحی پین‌ها برای SLS، خطر شکننده بودن بیش از حد پین‌های کوچک و شکستن آنها در طول فرآیند پردازش‌های نهایی است.
طراحی قطعات دارای پین
هرچه پین بلندتر باشد، خطر شکستن آن بیشتر است. افزایش قطر پین‌های بلند، به آنها استحکام بیشتری می‌بخشد. پین‌های کوتاه‌تر متعاقباً می‌توانند قطر کمتری داشته باشند. از طرف دیگر، عملکرد قطعه را می‌توان با ایجاد سوراخی برای کاشتن یک پین فلزی، به شکل یک افزونه در طول فرآیند پردازش نهایی، بهبود بخشید.
نکته:
یک آفست به اندازه 150 تا 200 میکرون به قطر پین‌ها اضافه کنید تا مطمئن شوید که پین‌ها هنگام چاپ به قطر مورد نظر طراحی، نزدیکتر می‌شوند.
حفره‌ها و محفظه‌ها
در طراحی قطعات برای چاپ SLS توجه داشته باشید که وجود حفره‌ها یا محفظه‌های بسته در قطعه، حذف مواد اضافی را در طی مراحل پردازش نهایی غیرممکن می‌سازد.
طراحی حفره‌ها و محفظه‌ها
هنگامی که قطعات دارای حفره یا محفظه هستند، مطمئن شوید که سوراخ‌هایی وجود دارد که اجازه می‌دهد مواد پخته نشده، پس از اتمام فرآیند چاپ، از قطعه خارج شوند. کارشناسان طراحی، وجود حداقل 2 سوراخ به قطر 12 میلیمتر را برای این منظور توصیه میکند. ایجاد این حفره‌ها به صورت دررو از دو سوی محفظه، موفقیت در تمیز کردن مواد اضافی را به طور چشمگیری بهبود می‌دهد.
نکته:
کارشناسان طراحی، ساخت قطعات SLS را با حفره‌های کاملاً بسته (مثلاً یک بالون) توصیه نمی‌کنند؛ زیرا پودر پخته نشده محبوس‌شده در چنین قسمت‌هایی را نمی‌توان حذف کرد. همچنین ممکن است این قانون را برای قطعاتی با سوراخ‌های بسیار ریز که برای حذف پودر به دام افتاده بسیار کوچک هستند (مثلاً نمکدان)، توصیه کنند.
زوایای گوشه
زوایای گوشه به شما در طراحی قطعات چاپ سه بعدی، بسیار کمک می‌کنند! افزودن زوایای گوشه بزرگ به اتصالات، به منظور افزایش پشتیبانی ساختاری، بسیار مهم است.
افزودن زوایای گوشه
مهم است که زوایای گوشه را تا حد امکان بزرگ در نظر بگیرید تا سطح درگیر در اتصال را افزایش دهید.
زوایای درفت
افزودن زوایای درفت به سمت بیرون، راه دیگری برای افزایش استحکام اجزای قطعات، به دلیل افزایش مساحت در پایه اجزا می‌باشد.
سوراخ‌های خروجی
در بسیاری از موارد، حذف مواد اضافی از پایه‌های محل بسته شدن پیچ‌ها، سوراخ‌های بلند و هندسه‌های محصور و تنگ بسیار دشوار است. یکی از راه‌های رفع این مشکل، طراحی سوراخ‌های خروجی در امتداد کنار فرو رفتگی‌ها یا محفظه‌ها است که اجازه می‌دهد مواد در طول فرآیند پردازش نهایی پاک شوند.
نحوه طراحی سوراخ‌های خروجی
سوراخ‌های خروجی در امتداد کنار حفره‌ها یا محفظه‌ها ایجاد می‌شوند. ممکن است بسته به عمق حفره به یک یا چندین سوراخ خروجی نیاز داشته باشید. کارشناسان طراحی به طور کلی توصیه می‌کنند که به ازای هر 12 میلیمتر عمق محفظه، یک سوراخ خروجی اضافه کنید.
قسمت‌های پهن
قطعات بزرگ به دلیل سطح بسیار زیادشان مستعد سرد شدن ناهموار هستند که باعث ایجاد تابیدگی غیر قابل پیش بینی می‌شود. این مسئله به ویژه در سطوحی با 2 محور بلند و 1 محور کوتاه (مثلاً تخته برش) شایع است. برای از بین بردن این احتمال، تا جایی که ممکن است بر روی قطعه برش‌هایی را ایجاد کنید تا میزان گرمای تولید شده روی قطعه را کاهش دهید. همچنین می‌توانید از ریب‌ها برای اصلاح طراحی قطعه، که ممکن است برای کاهش اثر تابیدگی قطعه مؤثر باشند، بهره ببرید.
سطوح نهایی
فرآیند تکمیل استاندارد قطعات برای SLS، پودر زدایی قطعه با فرآیند سندبلاست و سپس پودرزدایی دستی دقیق برای هندسه‌های پیچیده‌تر است. این قطعات با سطحی قابل مقایسه با یک حبه قند ارائه می‌شوند.
قطعات SLS با بسیاری از روش‌های پردازش سطح سازگار هستند! کارشناسان چاپ سه بعدی انواع پرداخت‌های زیر را برای قطعات SLS پیشنهاد می‌دهند:
• افزونه‌های رنگی: گزینه‌های رنگی شامل سیاه، آبی، سبز، قرمز و زرد است.
• آبکاری نیکل: استحکام قطعات SLS با پوشش دادن آنها با یک لایه نیکل به ضخامت 50 تا 150 میکرون، به شدت افزایش می‌یابد.
• پولیش‌کاری در بشکه ویبره: اثر کمتری از خطوط لایه‌ها در قطعات دیده خواهد شد و لبه‌های تیز با فرآیند غلتش از بین می‌روند. این فرآیند به قطعات روکشی مات مانند ساتن می‌دهد.
• رنگ آمیزی
• سنباده زنی: به قطعات یک روکش صاف می‌بخشد که بسیار شبیه به فرآیند پولیش‌کاری در بشکه ویبره است، اما لبه‌های تیز قطعات را همچنان حفظ میکند.
• ایجاد اجزا بر روی قطعه: درج حرارتی یا فشاری و اضافه کردن افزونه‌ها به قطعه.
صرف نظر از اینکه قطعه SLS شما برای چه چیزی ممکن است استفاده شود، استفاده از روکش مناسب عملکرد آن را به طرز چشمگیری بهبود می‌بخشد.
