چگونه یک مدل سه بعدی را برای چاپ قطعات مدل مقیاس بندی کنیم؟

اگر تا به حال با قطعات مدل پرینت سه بعدی کار کرده اید، می دانید که مقیاس بندی یک مدل فقط کشیدن یک نوار لغزنده در نرم افزار اسلایسر شما نیست. این یک مرحله ساخت یا شکستن است که یک طرح دیجیتال را به یک قطعه کاربردی و مناسب برای استفاده تبدیل می‌کند - چه در حال چاپ یک محفظه دستی روباتیک سفارشی برای ربات‌های انسان‌نما و ماهر، یک نمونه اولیه کوچک برای یک محصول مصرفی، یا یک قطعه جایگزین برای تجهیزات صنعتی باشید. به‌عنوان تامین‌کننده قطعات مدل چاپ سه‌بعدی، سال‌ها را صرف عیب‌یابی اشتباهات مقیاس‌بندی کرده‌ام که چاپ‌های صاف و مورد نظر را به آشفتگی‌های تاب‌دار و غیر کاربردی تبدیل می‌کردند. از ترفندهای اولیه طراحی گرفته تا تنظیمات برش نهایی، مقیاس بندی نیاز به متعادل کردن دقت فنی با محدودیت های تولید در دنیای واقعی دارد. بیایید دقیقا نحوه انجام درست آن را توضیح دهیم.

ابتدا، با این سوال اصلی شروع کنید: چرا در وهله اول به مقیاس نیاز دارید؟ من مشتریانی داشته‌ام که با طرح‌هایی به من مراجعه کرده‌اند که روی صفحه‌نمایش عالی بودند، اما برای مونتاژ آن‌ها خیلی کوچک بودند، یا خیلی بزرگ‌تر از آن‌که با مجموعه هدفشان مطابقت داشته باشند. به عنوان مثال، یک مشتری در سه ماهه گذشته طرحی از گیره رباتیک در مقیاس 1:10 ارائه کرد که قرار بود روی دستگاه آزمایشی نصب شود، اما زمانی که زمان چاپ فرا رسید، متوجه شدند که پین‌های لولای کوچک آنقدر کوچک هستند که نمی‌توان آن‌ها را تحت فشار نگه داشت. افزایش 20٪ باعث شد پین ها به اندازه کافی قوی عمل کنند - اما فقط پس از بررسی چند جعبه مهم برای جلوگیری از مشکلات رایج. اولین مرحله غیرقابل مذاکره قبل از تنظیم هر ابعاد، تایید سیستم واحد طرح اصلی است. هیچ چیز سریع‌تر از مخلوط کردن میلی‌متر و اینچ، یا فرض اینکه یک طرح در یک واحد ساخته شده است، در زمانی که برش‌کننده شما به‌طور پیش‌فرض روی واحد دیگر تنظیم می‌شود، از ریل خارج نمی‌شود. یک بار یک مشتری جدید یک مدل سه بعدی با علامت "اینچ" فرستاد که نرم افزار CAD آنها در واقع به عنوان میلی متر ذخیره کرده بود. کوچک کردن آن با 25.4 (ضریب تبدیل) یک پایه بلبرینگ 1 اینچی را به یک غول 25.4 اینچی تبدیل کرد که در صفحه ساخت سرویس چاپ SLS ما جا نمی‌افتد. همیشه ابتدا واحدها را دوبار بررسی کنید—بیشتر ابزارهای CAD مانند SolidWorks، Fusion 360 یا Blender به شما امکان می دهند واحدها را در منوی «Document Properties» یا «Scene Settings» تنظیم و تأیید کنید.

در مرحله بعد، مشخص کنید که کدام ابعاد به طور یکنواخت در مقابل کدام ابعاد به طور انتخابی تنظیم شود. پوسته پوسته شدن یکنواخت - کشش یا کوچک کردن کل مدل به میزان یک درصد - برای بسیاری از قسمت‌ها، به‌ویژه نمونه‌های اولیه یا قطعات تزئینی غیر بحرانی کار می‌کند. اما قطعات کاربردی، مانندمحفظه دستی رباتیک سفارشی برای ربات های انسان نما و ماهرما تولید می کنیم، به ندرت نیاز به پوسته پوسته شدن یکنواخت داریم. قدرت گرفتن یک دست رباتیک به قطر دقیق محفظه های مفصلی، طول بخش های انگشتان و فاصله بین چرخ دنده های آن بستگی دارد. پوسته پوسته شدن همه ابعاد به میزان 15 درصد ممکن است دست را بزرگتر کند، اما می تواند توری چرخ دنده را پرت کند یا باعث شود انگشتان هنگام خم شدن به یکدیگر برخورد کنند. برای این قطعات، ما از ترکیبی از مقیاس‌بندی یکنواخت برای اندازه کلی و مقیاس‌بندی انتخابی برای ویژگی‌های حیاتی استفاده می‌کنیم. به عنوان مثال، ما کل مدل را متناسب با صفحه ساخت، مقیاس می‌کنیم، سپس فقط جیب‌های بلبرینگ داخلی را کسری از میلی‌متر تنظیم می‌کنیم تا انقباض حاصل از پردازش پس از پردازش را در بر بگیرد.پرینت سه بعدی قطعات پلاستیکییاقطعات پرینت سه بعدی رزین. نکته کلیدی در اینجا تمایز بین ابعاد «بحرانی» (آنهایی که بر تناسب، عملکرد یا مونتاژ تأثیر می‌گذارند) و ابعاد «غیر بحرانی» (مانند تزئینات تزئینی که فقط بر ظاهر تأثیر می‌گذارد) است.

یکی از نادیده گرفته‌ترین بخش‌های مقیاس‌بندی، محاسبه انقباض و تحمل خاص چاپ سه بعدی است. مهم نیست که از کدام فناوری استفاده می کنید - SLS، FDM، رزین - تمام قطعات پرینت سه بعدی با سرد شدن و خشک شدن کمی کوچک می شوند. برای مثال در چاپ SLS از نایلون یا پلی پروپیلن پودری استفاده می شود که لایه به لایه ذوب می شود. بسته به جنس، قطعات با سرد شدن تقریباً 0.2-0.5 درصد در هر محور منقبض می شوند. قطعات رزین که با اشعه ماوراء بنفش پخته می شوند، حتی بیشتر چروک می شوند - معمولاً 0.3-0.8٪ - و اغلب به یک بافر اضافی کوچک برای توضیح آن نیاز دارند. من این را در اوایل کسب‌وکارم به سختی یاد گرفتم: مشتری مجموعه‌ای از محفظه‌های دنده سفارشی را برای یک ربات کوچک سفارش داد که به صورت یکنواخت و با فرض عدم انقباض بودند، و وقتی وارد شدند، چرخ دنده‌ها اصلاً مشبک نمی‌شدند. ما مجبور شدیم آنها را با یک بافر اضافی 1٪ روی دندانه های دنده داخلی دوباره چاپ کنیم، که تناسب را کاملاً ثابت کرد. به همین دلیل است که هنگام کار با تیم خود، ما همیشه یک لایه «تحمل خاص مواد» را به هر بخش مقیاس‌شده اضافه می‌کنیم. برای سرویس چاپ SLS، ما مقادیر انقباض از پیش کالیبره‌شده‌ای را برای هر ماده پلاستیکی ارائه می‌دهیم، بنابراین مقیاس‌بندی یک مدل و تنظیم انقباض به سادگی وارد کردن کد مواد صحیح در تنظیمات اسلایسر است. برای قطعات رزین، ما ضریب پوسته پوسته شدن را در مرحله آماده سازی مدل، به جای برش دهنده، تنظیم می کنیم تا نرخ انقباض بالاتر را در نظر بگیریم.

یکی دیگر از اشتباهات رایج، جرمگیری نادرست قطعات دیواره نازک است. اگر یک محفظه کوچک یا یک براکت با دیوارهایی با ضخامت کمتر از 2 میلی متر چاپ می کنید، پوسته پوسته شدن آن قسمت به طور یکنواخت ممکن است باعث شود که دیوارها آنقدر نازک باشند که ساختاری نداشته باشند، یا آنقدر ضخیم شوند که در مجموعه محکمی قرار نگیرند. به عنوان مثال، یک قطعه جایگزین برای یک دستگاه قدیمی با ضخامت 1.5 میلی متر ممکن است تا 1.8 میلی متر افزایش یابد که به اندازه کافی قوی است، اما اگر به طور تصادفی آن را کاهش دهید، دیوارها ممکن است 1.2 میلی متر شوند و تحت فشار کم ترک بخورند. هنگام جرم گیری قطعات جدار نازک، از ابزار ضخامت دیواره برش دهنده خود برای بررسی حداقل اندازه دیوار بعد از جرم گیری استفاده کنید. اکثر اسلایسرها دارای تنظیمات "حداقل ضخامت دیوار" هستند که مناطقی را که دیوارها برای مواد بسیار نازک هستند، نشان می دهد. برای دیوار نازکقطعات مدل پرینت سه بعدی، ما اغلب مقیاس بندی انتخابی را توصیه می کنیم: ضخامت دیوار را همانند طرح اصلی نگه دارید و فقط ابعاد کلی بیرونی را برای مطابقت با تناسب مورد نیاز تنظیم کنید. به این ترتیب، یکپارچگی ساختاری دیواره های نازک دست نخورده باقی می ماند، حتی با رشد یا کوچک شدن قسمت.

تناسب و مونتاژ آخرین بررسی‌هایی هستند که باید قبل از ارسال یک مدل مقیاس‌شده برای چاپ کامل شوند. حتی اگر ابعاد روی صفحه نمایش عالی به نظر می رسند، باید تست کنید که چگونه قطعات در دنیای واقعی با هم قرار می گیرند. برای قطعاتی که با پیچ بسته می‌شوند، در صورتی که قطعه را بالا می‌برید، 0.2 تا 0.3 میلی‌متر به قطر سوراخ‌های پیچ اضافه کنید— پلاستیک زمانی که پیچ سفت می‌شود می‌تواند کمی فشرده شود، بنابراین فاصله اضافی از گیر کردن پیچ یا باز شدن سوراخ جلوگیری می‌کند. برای قطعاتی که به هم می لغزند، مانند یک میخ و یک سوراخ، فاصله را آزمایش کنید: میخ‌هایی که دقیقاً به اندازه سوراخ است، به دلیل چسبندگی لایه خیلی سفت خواهند شد، بنابراین افزودن فاصله 0.1 میلی‌متری برای قطعات رزین یا 0.15 میلی‌متر برای قطعات SLS، تناسب صاف را تضمین می‌کند. من همیشه توصیه می‌کنم قبل از چاپ بسته کامل، یک آزمایش "تناسب خشک" با دو قسمت مقیاس‌بندی شده انجام دهید. اگر یک نمونه اولیه کوچک سفارش می دهید، ابتدا آن را در یک ماده ارزان قیمت چاپ کنید تا تناسب را تأیید کنید، سپس مقیاس و تنظیم را برای دوره تولید نهایی تنظیم کنید. این باعث صرفه جویی در زمان و هزینه زیادی در چاپ مجدد می شود - چیزی که هر تامین کننده قطعات مدل چاپ سه بعدی می داند که برای راضی نگه داشتن مشتریان بسیار مهم است.

حالا بیایید در مورد مقیاس بندی برای موارد استفاده مختلف صحبت کنیم، زیرا مقیاس بندی یک نمونه اولیه با مقیاس بندی یک قطعه تولیدی بسیار متفاوت است. به عنوان مثال، نمونه‌های اولیه معمولاً به‌منظور آسان‌تر دیدن یا آزمایش جزئیات کوچک، کوچک یا بزرگ می‌شوند. نمونه اولیه یک بازوی ربات در مقیاس 1:2 برای آزمایش حرکت عالی است، اما مقیاس 2 برابری آن می‌تواند حسگرهای کوچک را بیش از حد بزرگ کند تا جا بیفتند، بنابراین می‌توانید به طور انتخابی فقط پایه‌های حسگر را تغییر دهید تا اندازه اصلی خود را حفظ کنید. از سوی دیگر، قطعات تولیدی، برای اطمینان از قابلیت تعویض، نیاز به مقیاس بندی مداوم در هر واحد دارند. اگر 100 محفظه دستی رباتیک سفارشی می‌سازید، هر کدام باید دقیقاً همان ابعاد را داشته باشند، بنابراین ما از یک ضریب پوسته‌گیری برای همه قسمت‌ها استفاده می‌کنیم و یک تنظیم انقباض ثابت برای هر ماده اعمال می‌کنیم. به این ترتیب، هر دست با همان مدل ربات بدون تغییرات سفارشی مطابقت دارد. برای تولید با حجم بالا، ما همچنین ابتدا یک چاپ آزمایشی دسته‌ای کوچک انجام می‌دهیم - 5 تا 10 واحد - برای بررسی سازگاری مقیاس‌بندی قبل از اجرای کامل تولید. من یک بار مشتری داشتم که برای یک ابزار برقی به 500 محفظه دنده نیاز داشت. ما 10 واحد آزمایشی را چاپ کردیم، هر کدام را اندازه گرفتیم و متوجه شدیم که ضریب پوسته پوسته شدن 0.1 میلی متر در دندانه های دنده کاهش یافته است. تنظیم ضریب پوسته‌گذاری با آن مقدار کم به این معنی بود که همه 500 واحد کاملاً جا می‌شوند، با صفر چاپ مجدد.

در مورد مدل های مقیاس بندی برای فناوری های خاص پرینت سه بعدی چطور؟ اینجاست که تجربه واقعاً تفاوت ایجاد می کند. به عنوان مثال، FDM دارای حداقل اندازه ویژگی حدود 0.8 میلی متر است، بنابراین مقیاس بندی یک مدل با فیله های 0.5 میلی متری باعث می شود آن فیله ها ناپدید شوند یا دندانه دار شوند. چاپ SLS می‌تواند ویژگی‌های کوچک‌تر، تا 0.3 میلی‌متر را کنترل کند، بنابراین مقیاس‌بندی یک مدل با جزئیات کوچک بی‌خطر است. چاپ رزین دقیق ترین است، با ویژگی هایی به اندازه 0.1 میلی متر، بنابراین برای مقیاس بندی مدل هایی با جزئیات ظریف مانند متن یا قطعات مکانیکی کوچک عالی است. هنگامی که ما با مشتریان روی مقیاس‌بندی قطعات پروژه‌شان کار می‌کنیم، همیشه می‌پرسیم از کدام فناوری استفاده می‌کنند، زیرا این استراتژی مقیاس‌بندی را تغییر می‌دهد. یک مدل کوچک و دقیق برای چاپ رزین به فاکتور پوسته پوسته شدن متفاوتی نسبت به بخش بزرگ و ساختاری برای SLS نیاز دارد. برای مثال، محفظه‌های دستی روباتیک سفارشی که ما برای شرکت‌های رباتیک چاپ می‌کنیم، از نایلون SLS استفاده می‌کنند، زیرا محکم و انعطاف‌پذیر است. پوسته پوسته شدن این قسمت ها به معنای تنظیم نرخ انقباض کمتر SLS و اطمینان از طولانی بودن بخش های انگشت برای حرکت صاف است. اگر از رزین برای آن محفظه ها استفاده کنیم، قطعات برای استفاده مکرر بسیار شکننده خواهند بود، بنابراین پوسته پوسته شدن با مواد و تکنولوژی طراحی شده است.

همچنین مسئله مقیاس بندی برای زیبایی شناسی، نه فقط عملکرد، وجود دارد. اگر در حال چاپ یک مدل تزئینی هستید، مانند یک مجسمه یا یک قطعه نمایشگر، پوسته پوسته شدن انعطاف پذیرتر است، اما همچنان باید از تحریف نسبت ها جلوگیری کنید. من مشتریانی را دیده ام که مدل شوالیه قرون وسطایی را 20 درصد کاهش می دهند و به طور تصادفی پاها را به طور نامتناسب دراز می کنند و این شکل ظاهری ناخوشایند نشان می دهد. برای مقیاس‌بندی زیبایی، از ابزار نرم‌افزار CAD خود برای «مقیاس‌گذاری یکنواخت» استفاده کنید و نسبت‌ها را در نما بررسی کنید—اکثر ابزارها یک ابزار خط‌کش دارند که به شما امکان می‌دهد ویژگی‌های کلیدی مانند اندازه سر، طول بازو و ارتفاع تنه را اندازه‌گیری کنید تا مطمئن شوید که متناسب هستند. اگر نیاز به تنظیم نسبت‌ها برای استایل دارید، این کار را انتخابی انجام دهید، نه با تغییر ضریب مقیاس کلی. به این ترتیب، مدل ظاهر مورد نظر خود را بدون شکستن عملکرد حفظ می کند.

در نهایت، مقیاس‌بندی یک مدل سه‌بعدی برای پرینت یک فرآیند یک مرحله‌ای نیست، بلکه مجموعه‌ای از بررسی‌ها و تنظیمات است که به عملکرد قطعه، مواد مورد استفاده و فناوری چاپ سه‌بعدی بستگی دارد. چه در حال چاپ یک قطعه رباتیک سفارشی، یک قطعه جایگزین یا یک مدل تزئینی باشید، زمانی را برای تأیید واحدها صرف می کنید، ابعاد بحرانی را از ابعاد غیر بحرانی تشخیص می دهید، انقباض را در نظر می گیرید و تناسب آزمایشی شما را از اشتباهات پرهزینه و چاپ مجدد نجات می دهد. به‌عنوان تامین‌کننده قطعات مدل پرینت سه‌بعدی، دیده‌ام که چگونه حتی خطاهای مقیاس کوچک می‌توانند پروژه را از مسیر خارج کنند، بنابراین من و تیمم این مراحل را برای هر سفارشی که انجام می‌دهیم اولویت‌بندی می‌کنیم. اگر پروژه‌ای دارید که به قطعات پرینت سه‌بعدی دقیق و مقیاس‌پذیر نیاز دارد - خواه محفظه دستی رباتیک سفارشی برای ربات شما باشد، قطعات پلاستیکی کاربردی یا قطعات رزینی با جزئیات بالا - ما اینجا هستیم تا به شما کمک کنیم. با تیم ما تماس بگیرید تا در مورد پروژه خود بحث کنید و یک پیشنهاد سفارشی متناسب با نیاز شما دریافت کنید.

مراجع:

1. گیبسون، آی.، روزن، DW، و استاکر، بی. (2015). فن آوری های ساخت افزودنی: پرینت سه بعدی، نمونه سازی سریع، و ساخت دیجیتال مستقیم. اسپرینگر.
2. کالپاکجیان، اس.، و اشمید، اس آر (2021). فرآیندهای ساخت مواد مهندسی. پیرسون.
3. هاپکینسون، ان.، هیگ، آر.، و دیکنز، پی (2006). تولید سریع: انقلاب صنعتی برای عصر دیجیتال. جان وایلی و پسران