设计FDM部件时要考虑的十大技巧

设计FDM部件时要考虑的十大技巧

熔融沉积建模（FDM）是目前最受欢迎的3D打印技术之一，广泛应用于从低成本原型到功能部件的制造。为了获得更高的精度并成功打印FDM零件，设计师和工程师需要充分了解FDM设计的可能性和局限性。本文总结了在为FDM进行设计时需要考虑的10大关键事项，帮助您确保获得最佳打印效果。

FDM印刷过程

熔融沉积建模的工作原理是通过加热的喷嘴将灯丝挤出到构建平台上。随着材料的沉积，它会冷却并固化，形成一层固体材料。这个过程一层一层地重复，直到最终的对象完成。

FDM通常适用于范围广泛的生产级热塑性材料，但也可以使用一些金属丝。还应注意的是，3D打印的FDM零件通常具有粗糙的表面光洁度，因此需要某种形式的后处理以获得更光滑的表面。

为FDM设计的10个技巧

1.让您的设计无懈可击

确保您的FDM设计防水非常重要，这意味着您的3D模型表面没有孔洞。具有防水设计会影响零件的可打印性——非防水模型无法3D打印——这就是为什么在将其发送打印之前检查您的设计至关重要。RP Platform的自动化软件可以轻松检查水密问题和其他STL文件错误。

2.支撑结构

通常，您的FDM设计可能包括复杂的特征，例如陡峭的悬垂、桥梁、孔洞和空心截面。为了防止构建失败，这些功能将需要支撑结构。减少或避免支撑通常更容易，因为它们会增加生产过程的时间和成本，并且会在去除后留下痕迹。然而，通常无法避免使用支撑结构，因为它们可以打印复杂的几何形状。

在为FDM设计零件时，最好应用45度规则：必须支持角度小于45度的特征，以确保零件在打印过程中不会断裂。另一件要记住的事情是，支撑壁的厚度至少应为1.2-1.5毫米，以便为您的零件提供足够的强度。

3.壁厚

FDM零件的最小壁厚取决于灯丝尺寸以及3D打印机提供的喷嘴直径。为确保成功打印，一个经验法则是设计壁厚两倍于喷嘴直径的厚度，最小厚度为1.5-2毫米。

然而，虽然较厚的壁会导致部件更坚固，但设计过厚的壁会增加您的生产时间和成本，并可能导致打印问题，例如翘曲。但如果您的零件需要厚壁，您可以设计交叉影线内部结构而不是实体壁，从而节省材料并减少打印时间。

4.洞

FDM工艺通常会产生尺寸过小的孔。这意味着，例如，设计为5毫米直径的孔可能会打印直径约为4.8毫米。因此，最好设计超大孔。

对于最大10毫米的孔，通常建议将孔直径增加2%到4%。如果孔径的精度至关重要，则可以将孔3D打印得过小，然后钻孔以达到正确的直径。

5.螺纹

设计螺纹时的最佳做法是避免锐边和90度角。FDM的推荐螺纹类型是29度螺纹（也称为Acme螺纹），螺纹的最小厚度为0.8毫米。还要记住，要进行3D打印，螺纹孔应大于3毫米。

6.最小特征尺寸

在为FDM设计小特征时，雕刻细节的推荐特征尺寸为1毫米厚和0.3毫米深度，以确保易读性。在设计阶段还需要考虑柱和销的最小尺寸：这些特征的直径应不小于2毫米才能打印。

7.圆角和倒角

由于FDM中的材料在打印过程中会被加热，因此发生的温度变化会导致零件变形。幸运的是，借助圆角和倒角等设计特征，可以避免这些问题。通过沿零件底部边缘添加倒角，可以更均匀地分布热应力，从而减少翘曲和收缩。添加倒角还意味着您的零件也可以轻松地从构建平台上移除。

除了倒角，圆角还可以设计成3D模型，以减少打印过程中的应力并增加零件的强度。它们也可以添加到大于45度的悬垂面上，从而无需支撑。

8.零件方向

零件方向是一个需要考虑的重要点，因为它会影响零件的表面质量和强度，以及所需的支撑数量。

首先，重要的是要记住，朝上的表面往往具有更好的表面光洁度。其次，由于弯曲和有角度的表面通常容易产生阶梯效应（粗糙的表面纹理），您可以将这些表面平行于构建平台以最小化这种影响。最后，您可以通过在垂直方向上定位孔来消除孔的支撑。当零件在不同方向上有多个孔时，您可能需要先关注盲孔，然后再关注直径最小的孔。

FDM零件是高度各向异性的，这意味着零件在XY轴上比在Z平面上要强得多。为确保强度，建议设计零件时使脆性特征平行于表面。

9.组装设计

将复杂的3D模型分成几个部分，分别打印然后组装在一起通常是有意义的。这样不仅可以减少支架数量，简化后处理，还可以在节省材料的同时加快打印过程。

10.填充率

填充率(%)表示打印零件时应填充多少材料。除非需要最大强度，否则为FDM零件选择最大填充量是不寻常的，因为这会导致更高的材料成本和更慢的打印速度。由于填充百分比也会影响零件的强度，因此在选择填充率时考虑FDM零件的应用非常重要。例如，可以用低填充百分比生产原型，而末端部件通常需要更高的填充百分比以获得更大的强度。

总结

FDM可能是低成本原型设计和功能部件中最具成本效益的技术。但是，为了充分利用FDM打印过程，在将任何打印件发送到生产之前，应考虑FDM打印过程的设计指南。虽然FDM会在一定程度上涉及试错法，但考虑到这些因素，您可以降低流程的复杂性，并显着提高效率。