Stratasys：如何應對大型3D打印帶來的挑戰白皮書（16頁）.pdf

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1、電子書如何應對大型 3D 打印帶來的挑戰電子書2簡介如何應對大型 3D 打印 帶來的挑戰在制造業中經常出現這種場景：需要盡快更換模具治具以確保生產正常進行?；蛘哒f，為了保持開發進度，工程人員在一天前就必須獲得原型。如果您以前經歷過這些情況，就應該知道 3D 打印比標準的替代品更快、更便宜，而且是顯而易見的解決方案。唯一的問題是，這次您的 3D 打印機不夠大，或者它無法處理您所需要制造的零件尺寸。聽起來是不是很熟悉？對于想要利用 3D 打印解決日常設計和制造難題的工程師和運營經理來說，這并不是一個罕見的難題。但殘酷的現實是，能夠容納大型零件的打印機要么超出預算，要么無法充分滿足制造業的生產要求，

2、要么只能綁定用于生產其他高性能材料零件。有些人需要在短期內掌握全新的工作內容，當不得不專門派人操作打印機時，就會影響您的操作效率。一直以來，我們所缺乏的是一種能夠可靠地制造大型零件的 3D 打印機，它既易于使用，又經濟實惠。直到現在情況也是如此。在揭開幕后的真相之前，讓我們先來看看 3D 打印大型零件的現實情況。把它們打印出來是一回事，打印得成功與否卻是另一回事。在制作長達一米的零件時，您應該考慮哪些問題呢？怎樣才能達到最佳效果呢？請繼續閱讀我們對 3D 打印大型零件的挑戰和機遇以及使用正確的打印機如何幫助您實現這一點的見解。電子書 第 1 章 3更長的打印時間這是個無法回避的事實。打印一個

3、45 英寸長并具有可測量高度的零件所花費的時間比使用小型打印機所需的時間要多很多。有什么辦法可以加快打印速度嗎？有的，只是到最后，它們可能會增加您不能接受的風險。稍后，我們會對這個問題進行更加詳細的討論。更多材料打印大型零件需要更多的材料不足為奇，因此擁有足夠的材料容量非常重要。若在一項工作完成之前耗盡了所有材料，打印進程就會暫停。通常在您準備就緒的情況下，不應該出現這樣的停頓。在您沒有準備好的時候（比如在半夜的打印工作中耗盡材料），結果可能會不盡人意。為了避免此類問題，您需要一臺材料容量充足且不會中斷的打印機。構建更大的零件意味著要突破擠壓塑料 3D 打印技術的界限。隨著零件尺寸的增大，要想

4、取得良好的效果，需要克服的挑戰也越來越多。打印大型零件 的現實情況電子書 第 1 章 4對穩定性的需求零件越大，高度越高，對穩定性的要求也就越高。打印機的自然振動會轉化到零件上，從而影響這些高度較高的區域。如果零件沒有固定好，它們可能會稍微偏離平面，導致尺寸不準確。解決方案之一是在您的零件上附上穩定壁。穩定壁是指在零件周圍構造的一個獨立材料結構，通過間歇性的連接對零件加固，并使其保持在適當的位置上。當零件的構建完成后，穩定壁將被拆除。此外，額外的支撐材料也可以用來支撐高度較高的零件和懸臂式的幾何形狀。雖然這意味著增加了用料和打印時間，但結果是帶來了更好的精確度。使用剝離式或可溶性材料作為支撐結

5、構的打印機與只使用模型材料的打印機相比，更容易將支撐結構移除。后者的支撐結構通常更難移除，并可能會留下表面痕跡?？扇苄灾问亲钣行Ш妥钍r的解決方案，因為它還可以實現帶有內部通道的復雜設計，在溶液浴中即可移除這些材料，而無需手動處理。打印大型零件 的現實情況4電子書 第 1 章 5卷曲與翹曲 在打印過程中，塑料零件發生卷曲的趨勢并不僅限于大型零件，但出于尺寸的原因，這個問題會很明顯。主要原因是整個打印平臺的成型室內缺乏一致的溫度控制。同樣的問題也可能發生在僅使用加熱的打印平臺而非完全加熱的成型室的打印機上。在構建的過程中，隨著零件高度的增加，噴涂在頂部的新材料會越來越遠離加熱平臺，從而產生了溫

6、差。這種溫度梯度導致零件的各個部分以不同的速率加熱并冷卻，從而使其發生卷曲。對于這種情況，另一個有效的工具就是上面提到的穩定壁。根據零件的幾何形狀，此項功能是用來防止在非常大和/或更高的零件上發生翹曲的另一種有效方法?，F在，您已經了解了打印大型零件所面臨的主要挑戰，讓我們來看看優化打印結果的其他幾種方法。打印大型零件 的現實情況電子書6 第 2 章 在方向上進行優化方向描述了零件在打印機內的構建方式直立、側立或以某種角度。您的選擇取決于您是要優化零件的強度、構建速度還是表面光潔度。而這個決定還取決于零件的功能：概念模型、功能性原型、制造工具，或是最終使用的零件。最后，這些方向并不是相互排斥的。

7、根據零件的幾何形狀，您可以同時實現多種優勢。但在實際操作中，當您要打印大型零件或任何尺寸的零件時，請根據您的限制條件考慮要實現的主要目標。如果需要以強度為主，那就以這個結果為導向。如果日常生產是限制您的因素，而強度和表面光潔度是次要的，那就以最大的打印速度對零件進行打印。為表面光潔度設定方向 如何定位零件的幾何形狀放置決定了其表面的質量。用擠壓式打印機制造的零件會呈現出細密的層線，根據層的厚度和零件的形狀，這些層線或多或少都會有明顯的變化。在曲面上，這些層線更加明顯，從而呈現出“階梯狀”的外觀。如果您的零件具有彎曲或帶角的表面，對其進行定向，使這些表面的構建與 Z 軸平行，這樣就會使表面更加平

8、滑。為強度設定方向與表面光潔度類似，構造方向會影響零件或特定特征的強度。一般來說，使需要強度或耐久性的重要元素平行于構造平面并垂直于 Z 軸的方向能夠產生最佳效果。這是因為擠壓式打印機能在該平面上產生最大的強度。為速度設定方向零件在成型室中的位置會影響構建過程中所需支撐材料的數量，進而最終影響到整體的構建時間。調整零件的方向以使其 Z 高度最小化將需要較少的支撐材料，從而加快構建速度。在下一節中，當我們考慮與縮短完成零件所需時間相關的可能性與風險時，將會對構造建速度進行再次討論。除了解決與打印大型零件相關的常見問題之外，還可以使用其他技術對打印結果進行優化。這些方法將幫助您獲得更高質量的零件，

9、并將成品盡早打印出來。成功進行大型打印的其他技巧電子書7 第 2 章 這款家用電器基礎原型測量的尺寸為大約 600 毫米寬 600 毫米深（23 英寸 23 英寸），證明了 F770 的大型構建能力。電子書8 第 2 章優化零件的打印時間 您可以采取幾種方法來加快獲取零件成品的時間。然而，它們之間存在一些利弊權衡和風險，我們將在本節中介紹。減少填充物的使用第一種技術是選擇密度較低的填充物。在擠壓式 3D 打印中，零件的外表面被稱為“輪廓”。零件的內部由“填充物”組成，可以是稀疏的，也可以是完全稠密的。制作 3D 打印零件或工具的填充材料越稀疏，構造的過程就會越快，因為需要放置的材料更少。當然，

10、如果強度是要考慮的問題，則可能需要改變填充密度。最佳解決方案是調整零件不同區域的密度，以便適應設計的需要。具有這種能力的 3D 打印機可以讓您在需要的區域進行全密度填充，而在不需要的區域進行稀疏填充。成功進行大型打印的其他技巧電子書9 第 2 章Lorem Ipsum使用較厚的切片高度第二種方法是使用較厚的切片高度，該高度指的是擠壓層的厚度。每層噴涂更多的材料可以減少構建時間。隨著擠壓層厚度的增加，層線會更加明顯，但在表面光潔度或精致細節并不重要時，這可能就無關緊要了。使用多個切片高度為了速度和美觀 另一方面，如果速度和美觀都很重要，使用組合式切片高度則是一個兩全其美的方案。這需要在垂直表面上

11、使用更厚的層，由于那里的層線最不明顯，這樣就能提高產出量。在有坡度的表面或需要更多細節的地方，使用更精細的切片可以減少階梯狀的外觀并提高視覺質量。使零件的高度最小化第三，正如上一節所述，您可以調整零件的方向，使其高度最小化和/或減少無支撐或懸空結構的數量。這樣就減少了支持這些結構所需的支撐材料，從而縮短了構建時間。成功進行大型打印的其他技巧9電子書10 第 2 章手動支撐移除對比水槽支撐移除 可溶性支撐材料是一種非常有效的工具，能夠使用它出打印具有內部通道的復雜設計，前提是您的 3D 打印機必須具有此項功能。但是，在支撐物可被完全接觸到的地方，用手將其拆除要比浸泡在溶液浴中快得多。這個過程也可

12、以通過添加射孔層（在支撐材料的區域之間添加的模型材料層）來進行加速。當使用具有可剝離性（不可溶）的支撐材料進行 3D 打印時，通常會采用射孔層，這樣便能更容易地進行移除。然而，它們也可以與可溶性支撐物一起使用，通常是在使用大型材料塊的地方，這樣可以加快其移除時間。雖然該過程并不能加速打印流程，但卻可以減少獲取零件成品所需的總時間。成功進行大型打印的其他技巧電子書11 第 2 章更改默認設置平衡風險與回報 大多數 3D 打印機都提供了默認設置，旨在為一般用途的應用提供可行的結果。然而，更改默認設置的能力取決于打印機的配置?？筛牡脑O置具體包括工具路徑寬度、標準輪廓的數量、支撐材料風格和切片高度等

13、。在適當的情況下，這些調整可以節省構建時間。但是，這種益處也伴隨著潛在的問題。例如，構建大型零件可能需要相當長的時間，并且取決于打印機的可靠性，發生問題的風險會隨著打印時間的延長而上升。另外，Stratasys 工程師還發現，對大型零件的構建調整構建參數平均只會節省 5%的整體打印時間。如果您決定更改設置，則需要問問自己是否值得承擔這個風險。在 80 個小時的構建過程中僅節省四個小時，到底值得嗎？可能會有這樣的情況如果在第 75 小時發生了故障，您就失去了三天的打印時間并且還可能會錯過生產的截止日期。因此，考慮您有多大的時間靈活性是非常重要的。相比之下，調整設置可能帶來益處的情況包括：生產構建

14、，其中您需要打印多個較大的零件?；〞r間調整文件設置，然后進行測試打印以驗證是否成功，這種做法可能是值得的。即使每次構建只能節省一點時間，但在多次構建上累積的效果也是非常有益的。底線是，只要您對將要面對的問題和困難有所準備，那么實現大尺寸打印也是可行的。既然沒有人可以改變物理原理，那么就需要處理通過擠壓熱的熱塑塑料來制造物品的現實問題，這可能很容易，也可能很困難。但是，正確的打印機不僅能讓事情變得更簡單，還能讓您在打印零件的尺寸和質量上都達到令人驚嘆的效果。因此，讓我們來介紹一款適合這項工作的 3D 打印機。成功進行大型打印的其他技巧電子書12 第 3 章 使用 F770 進行大型打印的機遇 以

15、可靠尺寸進行大型零件的 3D 打印不再是高端、優質系統的專屬領域。Stratasys F770 3D 打印機可以實現超過 13 立方英尺的打印體積，并能夠打印長度達 46 英寸的零件。但這不僅僅是尺寸的改變。它的幾項關鍵特性還帶來了更有價值的優勢，得以解決之前遇到的挑戰。電子書13 第 3 章使用 F770 進行大型打印的機遇強大的構建能力如果您的材料已經裝滿，則無需擔心材料耗盡的問題。F770 材料盒可提供 200 立方英寸的材料，從而滿足長達 140 小時的連續打印時間?？扇苄缘闹尾牧细咝У目扇苄灾尾牧献屇拇笮土慵梢愿鶕枰M行細致和復雜的處理。它允許您打印出所需要的零件，而不會再

16、受性能較差的打印機的限制。GrabCAD Print 和 Insight 軟件出色的軟件可以向您提供所需的工具，讓您獲得想要的結果。自適應切片可以自動調整層厚度，優化輸出量和視覺外觀，從而在打印大型零件時有效地結合速度和美觀性。在需要的地方添加適量的填充物，以平衡零件強度和構建時間以及材料的使用量。您也可以輕松地創建穩定壁，以確保零件的準確性，并在支撐結構中加入射孔層，加快手動移除支撐材料的速度和零件的生產速度。三層厚度利用多層厚度選項的靈活性，為大型零件的速度或細節進行量身定制?；蛘?，依靠自適應切片功能，實現兩者的最佳優化。完全加熱的成型室封閉式的成型烘箱和久經考驗的 FDM 技術可以確保整

17、個打印體積擁有均勻的溫度分布。您構建的大型零件不會發生翹曲和卷曲，因此您在 CAD 中的模型和打印機打印出來的模型將完全相同。電子書14 第 3 章在應用方面，F770 的價值涉及多個行業，包括汽車、航空航天、重工業和農業等。車身面板原型制作只是汽車和休閑車的典型用例之一。同樣，與傳統的原型制作方法相比，飛機客艙及座椅組件的建模效率更高。對那些生產水質軟化機和其他電器的消費品制造商來說，適用于產品尺寸的大型 3D 打印機也能讓他們受益頗多。在諸多類似的行業中，模具是一項特別有用的應用。這些工具通常又大又重。在適當的情況下，用塑料代替金屬可以使它們變得更輕。3D 打印的模具也可以輕松地進行定制，

18、并使其更符合人體工程學，以提高工人的舒適度和安全性。這并不意味著用小型 3D 打印機就不能實現這些目標。只要您的打印機有足夠的精確度，就可以把零件分成幾部分進行分段制造，然后再把它們組裝在一起。所有這些都需要更多的前期設計時間和打印后期處理。這是大多數制造商都難以花費的寶貴時間。相反，F770 提供了避免浪費這種時間和精力的可能。它避免了必須通過更緩慢、昂貴的代價來加工大型原型和工裝夾具或用較小的打印機組裝零部件的現狀。實際上，任何需要大型工具和組件的制造商都可以從 F770 的功能中受益。使用 F770 進行大型打印 的機遇這款經過噴涂的 3D 打印汽車擋泥板只是 F770 適用的眾多大型零

19、件應用之一。電子書15 第 4 章 做出重大決定 的時刻 如果您或您的團隊已經有了豐富的 3D 打印經驗，就會明白它對您的生產進度和預算產生的積極影響?，F在不妨思考一下：如果您能夠 3D 打印出比現在更大的物品將給您帶來怎樣的機遇？如果您還沒有采用 3D 打印，結果又會怎樣？你只需要確定是否值得以較低的成本和不到目前一半的時間制作大型工具和原型。有大量現成的證據支持 3D 打印在現有制造方法上節約時間和成本的價值。如果當前大型 3D 打印機的價格讓您無法加入增材制造的行列，那么請考慮一下 F770 的新機會。做出重大決定 的時刻 執行可靠、大規模的 3D 打印是 F770 的主要任務。而它的設

20、計就是為了實現這一點，幾乎所有人都可以啟動打印作業，然后回到他們實際的崗位中去。再加上其實惠的價格，它使可靠的大規模 3D 打印成為現實，并帶來節省時間和成本的優勢。了解 F770 如何能擴大您的運營規模。如需了解更多信息，請立即聯系我們或訪問 stratasys- 上的 F770 打印機頁面。電子書 2021 Stratasys.保留所有權利。Stratasys、Stratasys 圖章徽標和 FDM 是 Stratasys Inc.的注冊商標。F770、GrabCAD Print 和 Insight 是 Stratasys,Inc.的商標。所有其他商標由各自所有者所有，有關這些非 Stra

21、tasys 公司產品的選擇、性能或使用的問題，Stratasys 公司不承擔任何責任。產品規格如有變更，恕不另行通知。eB_FDM_F770_0321a美國總部7665 Commerce Way,Eden Prairie,MN 55344,USA+1 952 937 3000 以色列總部1 Holtzman St.,Science Park,PO Box 2496 Rehovot 76124,Israel +972 74 745 4000中國上海上海市靜安區靈石路 718 號 A3 幢一樓郵編：200072電話：+86 21 3319 6068Stratasys 官方微信www.stratasys- ISO 9001:2015 認證