Советы по проектированию 3D-печати MJF: 9 лучших практик

Multi Jet Fusion (MJF) — это технология литья в порошковом слое, разработанная компанией HP, которая использует нагрев и химические реагенты для производства высокопрочных пластиковых деталей с высокой детализацией. В отличие от методов экструзии, MJF позволяет создавать плотные, изотропные детали с превосходной чистотой поверхности и механическими характеристиками, что делает её подходящей как для функционального прототипирования, так и для промышленного производства.

Технология MJF обладает множеством преимуществ: высокой скоростью печати, высокой детализацией и возможностью создания сложных геометрических форм без опорных конструкций. Кроме того, она является одним из самых экономичных вариантов для средне- и крупносерийного производства благодаря эффективному размещению деталей и короткому времени охлаждения. В качестве материалов используются полиамид 12, полиамид 11, полипропилен и термопластичный полиуретан (ТПУ), каждый из которых отличается прочностью, гибкостью и термостойкостью.

Если вы хотите получать высококачественные детали MJF, грамотное проектирование имеет решающее значение. Многих распространённых проблем, таких как коробление, скопление порошка или неудовлетворительное качество поверхности, часто можно избежать, следуя ключевым принципам проектирования. Учёт таких факторов, как толщина стенок, отвод порошка и ориентация детали, может значительно повысить производительность и качество печати, учитывая, что они всегда связаны с конструкцией. Вот наиболее важные советы по проектированию для 3D-печати MJF.

1. Поддерживайте правильную толщину стенок

Слишком тонкие стенки могут деформироваться или стать хрупкими, а слишком толстые — привести к накоплению тепла во время печати и вызвать коробление или неравномерное охлаждение. Эти проблемы особенно критичны для MJF-печати из-за термодинамики расплавления порошка в слое.

Резкие изменения толщины стенок также могут вызывать внутренние напряжения, влияющие на точность размеров и эксплуатационные характеристики конструкции, особенно на плоских поверхностях или крупных деталях.

Практическое правило:

• Конструкция стенок толщиной не менее 0,7 мм дляPA 12 и до 2,0 мм для более жестких материалов.
• При использовании внутренней поддержки возможны стенки толщиной до 0,6 мм , однако для получения стабильных результатов предпочтительнее толщина 1,3 мм .
• Избегайте стенок толщиной более 7 мм , так как избыток материала может вызвать внутреннее напряжение и деформацию.
• Поддерживайте одинаковую толщину стенок по всей детали, чтобы снизить риск коробления.
• Добавьте ребра или филе, чтобы усилить тонкие участки и более равномерно распределить нагрузку.

2. Укрепите длинные и тонкие элементы

Тонкие элементы, такие как консоли, крючки или зажимы, особенно уязвимы в конструкции MJF. Без надлежащего усиления они могут изгибаться, ломаться или деформироваться из-за ненадлежащей геометрии или концентрированного напряжения.

Этот риск возрастает при больших соотношениях сторон или резких переходах, особенно в направлении Z, где детали MJF больше подвержены неравномерному нагреву и охлаждению.

Практическое правило:

• Для консолей шириной < 1 мм сохраняйте соотношение сторон (Д/Ш) < 1 .
• Для обеспечения долговечности используйте основание консоли толщиной не менее 1 мм .
• Добавьте скругления или ребра в местах напряжения или выступающих частях.
• Избегайте острых краев и используйте плавные, постепенные переходы, чтобы минимизировать механическое напряжение.

3. Оптимизация полых и внутренних структур

Замкнутые пространства, такие как полые тела, воздуховоды или решётки, склонны к скоплению нерасплавленного порошка. Без надлежащего дренажа скопившийся материал увеличивает вес детали и затрудняет последующую обработку, особенно для деталей сложной геометрии. Если не принять меры, это может привести к ухудшению качества поверхности или засорению воздуховодов, что сделает деталь непригодной к использованию или затруднит её очистку.

Практическое правило:

• Предусмотрите два или более сливных отверстия (каждое ≥ 5 мм ) на противоположных сторонах полых деталей.
• Для эффективной эвакуации порошка сохраняйте зазор между решетчатыми балками не менее 1 мм .
• В воздуховодах добавьте полоску или цепочку для облегчения удаления порошка после печати.
• Для воздуховодов диаметром менее 5 мм после печати используйте гибкий чистящий инструмент .
• Сохраняйте толщину стенок 2–3 мм в полых деталях и включайте перфорацию, если она полностью закрыта.
• Полая часть с дренажными отверстиями для выхода порошка
• Деталь с сотовым структурным заполнением

• 4. Обеспечьте необходимый зазор между деталями

  Детали, предназначенные для соединения, скольжения или вращения друг с другом, должны иметь достаточный зазор. Если зазор слишком мал, поверхности могут слипаться во время печати или не совпадать после сборки. Поскольку MJF не учитывает механические допуски и трение в цифровых моделях, проектировщикам приходится компенсировать это функциональными зазорами, основанными на реальном поведении.

  Практическое правило:

  • Детали, напечатанные вместе: минимальный зазор 0,7 мм .
  • Для последующей сборки: используйте зазор 0,4 мм или 0,2 мм для плотного прилегания.
  • Если толщина стенок < 3 мм , зазоры шириной до 0,3 мм могут подойти, но требуют проверки.
  • Выровняйте детали в САПР так, чтобы они отражали реальное расположение сборки.
  • Добавляйте рисунки или заметки, чтобы отметить подвижные детали во время постобработки.

  • 5. Избегайте больших плоских поверхностей.

    Плоские, широкие поверхности, особенно те, которые печатаются параллельно плоскости печати, склонны к короблению из-за неравномерного распределения тепла и усадки. Добавление опорных рёбер может усугубить проблему за счёт концентрации напряжения. Деформированные поверхности снижают точность размеров, создают косметические дефекты и могут нарушить функциональную пригодность детали.

    Практическое правило:

    • По возможности избегайте больших плоских поверхностей (например, самолетов формата А4).
    • Замените широкие области решетками, вырезами или ребрами, чтобы уменьшить термическое напряжение.
    • Располагайте плоские области ближе к нижней части конструкции, чтобы минимизировать влияние оси Z.
    • Поддерживайте минимальную толщину слоя 0,3 мм на широких участках, чтобы избежать скручивания.

    6. Минимизируйте деформацию длинных деталей.

    Тонкие, удлиненные детали особенно подвержены усадке и деформации. Когда одна область охлаждается быстрее другой, возникает внутреннее напряжение, которое приводит к короблению детали, особенно при резких изменениях толщины сечения. Эта деформация часто приводит к изгибам, неровным краям или выходу деталей за пределы допусков размеров.

    Практическое правило:

    • Избегайте соотношения сторон более 10:1 (длина к ширине) в неподдерживаемых разделах.
    • Увеличьте толщину стенок , чтобы равномерно распределить охлаждение на длинных элементах.
    • Используйте плавные переходы , чтобы избежать стресса от резких изменений геометрии.
    • Сделайте полости или используйте внутренние решетки , чтобы обеспечить более равномерное распределение материала и охлаждение.

    7. Проектируйте застежки-кнопки с учетом особенностей MJF

    Защёлкивание — простой способ сборки пластиковых деталей, но требует тщательного подбора размера, чтобы обеспечить гибкость и избежать поломки. Если выступы слишком острые или балка слишком жёсткая, она может сломаться во время сборки.

    Проектирование для MJF подразумевает понимание того, как материал гнется и где можно снять напряжение во время взаимодействия.

  • Практическое правило:

    • Толщина основания: ≥ 1 мм для консоли.
    • Глубина выступа: ≥ 1 мм для надежной фиксации.
    • Добавьте радиусы = ½ толщины основания у корня, чтобы распределить нагрузку.
    • Снимите фаску с кончика выступа, чтобы уменьшить усилие вставки.
    • Поддерживайте угол сборки от 35° до 40° и сужайте балки, чтобы уменьшить напряжение.

    Николаус Мронц

    Руководитель отдела продаж

    Для застёжек с защёлкой лучшим выбором будет PA 11. Он обладает большим удлинением при разрыве, чем PA 12, что делает его более гибким и менее склонным к растрескиванию при многократной нагрузке — идеально подходит, когда крючок должен сгибаться и надёжно восстанавливать форму.

    8. Избегайте глубоких слепых отверстий без выхода пороха

    Глухие отверстия, выступы винтов или глубокие полости могут задерживать порошок, если нет возможности его выхода. Чем глубже отверстие, тем сложнее его очистить — часто требуется ручное вмешательство.
    Остатки порошка в резьбовых отверстиях или гнездах могут заблокировать крепеж или ослабить конструкцию, если их оставить на месте.

    Практическое правило:

    • Добавьте отверстия для выхода или эвакуационные каналы с хорошим обзором.
    • Для глубоких отверстий (> 12,7 мм ) включите несколько точек выхода по глубине.
    • Используйте скругления у основания выступов, чтобы усилить элемент и снизить напряжение.

    • 9. Используйте разборчивые рельефные и гравированные детали

      Тексты, логотипы и поверхностные элементы часто используются для брендинга или идентификации деталей, но если они слишком малы, они могут размываться при печати или исчезать при постобработке. Рельефные элементы особенно чувствительны к обработке поверхности, такой как дробеструйная обработка и паровое сглаживание, которые могут скруглить края и снизить чёткость.

      Практическое правило:

      • Используйте минимальную толщину линии 0,5 мм как для рельефных, так и для гравированных элементов.
      • Тиснение: высота ≥ 1 мм ; Гравировка: глубина ≥ 0,5 мм .
      • Для хорошей читаемости убедитесь, что общая высота символов составляет не менее 2,5 мм .
      • Для достижения наилучших результатов располагайте тисненый текст лицевой стороной вниз , а гравированный текст — лицевой стороной вверх .
        Избегайте выпуклых или гравированных деталей размером менее 0,5 мм , так как они могут не выдержать постобработку.

      • Справочное руководство по характеристикам 3D-печати MJF

      • В следующей таблице приведены технические характеристики для проектирования деталей, подлежащих 3D-печати с использованием технологии печати MJF.

Приобретайте высококачественные 3D-принты MJF в Xometry

Эффективное проектирование для 3D-печати MJF требует понимания специфических ограничений и возможностей этой технологии. Применяя правильные методы проектирования, такие как поддержание постоянной толщины стенок, обеспечение дренажа в замкнутых элементах, обеспечение необходимого зазора между деталями и оптимизация их ориентации, можно снизить риск возникновения распространённых дефектов, таких как коробление, застревание порошка или неровности поверхности.

Наша команда инженеров JSJM поможет вам применить эти принципы проектирования для создания надёжных и функциональных деталей, подходящих для ваших конкретных задач. Ознакомьтесь с нашими услугами 3D-печати MJF и узнайте, как они могут помочь вам в создании прототипов или производстве.