Правила дизайна#

Ориентация детали#

Начнём с очевидного: напечатанные на 3D-принтере детали значительно слабее в направлении, где слои могут разрываться. Поэтому перед началом проектирования следует рассмотреть направление сил растяжения в детали и использовать их для выбора ориентации печати. Весь дальнейший дизайн должен выполняться с учётом этой ориентации.

П1.1

— Силы растяжения должны быть выровнены параллельно поверхности печати.

Это, вероятно, правило номер один, о котором говорят все в дизайне для 3D-печати. И не зря, потому что разница, которую оно создаёт, значительна. Тесты, проведённые My Tech Fun, показывают примерно в три раза большую прочность при идеальной ориентации (YouTube). Хотя точное соотношение сильно зависит от конкретной детали, я считаю, что это хороший показатель важности этой темы.

Резьбовая деталь, спроектированная для вертикальной печати (не идеальна для нагрузки на растяжение), и деталь, спроектированная для печати плоско на столе. Отрезая часть резьбы, её можно напечатать лёжа на столе без поддержки.

Также следует помнить, что силы растяжения действуют на некоторое сечение детали при её изгибе. Это означает, что моменты изгиба также должны быть выровнены параллельно поверхности печати. Часто это правило нарушается при проектировании зажимов, которые слегка изгибаются для защёлкивания. Такие элементы легко ломаются, если не ориентированы правильно.

Зажимы, подобные тому, что слева, не выдерживают многократного использования и быстро ломаются.

Также хочу дать небольшой совет по публикации ваших дизайнов на платформах, таких как Printables: убедитесь, что вы загружаете модели в правильной ориентации для печати. Хотя правильная ориентация может казаться вам очевидной, другие могут не знать и попытаются напечатать вашу деталь без предварительной переориентации. Вы сделаете им небольшую услугу, загружая файлы в правильной ориентации 😊.

Когда ни одна ориентация не работает#

Особенно в случае сложных деталей иногда нет идеальной ориентации печати. Хотя часто можно пойти на компромисс и принять ограниченную прочность в определённых местах, всегда следует учитывать альтернативу:

П1.2

— Разделите деталь на несколько частей, если ни одна ориентация не идеальна для всех нагрузок.

Поскольку каждая часть печатается отдельно, вы можете свободно выбирать оптимальную ориентацию для каждой из них. Умные соединения, такие как ласточкин хвост, позволяют легко собрать деталь после печати.

Соединение ласточкин хвост используется для соединения двух половин детали, чтобы каждая часть могла быть напечатана в улучшенной ориентации.

Заполнение или нет#

Вопреки первому правилу, тема, которая, на мой взгляд, обсуждается недостаточно, — это роль заполнения в прочности детали. Существует большое заблуждение, что можно магическим образом придать детали невероятную прочность, просто используя 100% заполнение. Хотя это действительно увеличит прочность, этот метод совсем не эффективен — большая часть дополнительного материала не способствует увеличению прочности, а лишь увеличивает отходы и время печати.

Почему? Всё дело в распределении сил внутри детали. Обычно детали не подвергаются чистому растяжению или сжатию. Вместо этого значительная часть нагрузки возникает в виде изгибающих моментов, которые распределяют силы неравномерно. Сила будет наибольшей в местах, наиболее удалённых от центра (нейтральной оси). Таким образом, добавление материала на поверхности детали обычно более эффективно, чем в центре.

Напряжение максимально непосредственно под поверхностью детали. Обратите внимание на синюю нейтральную ось в центре, где напряжение минимально.

В терминах 3D-печати это означает, что следует увеличивать количество периметров/оболочек, а не процент заполнения. Стефан из CNC Kitchen провёл тщательный анализ этого вопроса (YouTube).

В целом, его работы — отличный ресурс для получения глубоких знаний о механическом поведении деталей, напечатанных на 3D-принтере (CNC Kitchen Блог/Сайт и YouTube).

П1.3

— Большая часть прочности детали исходит от её поверхности, а не от заполнения.

Поток сил#

Однако это ещё не всё. Мы можем влиять на уровень напряжения на поверхности, изменяя форму детали. Это часто намного эффективнее, чем оптимизация настроек печати. Способ концептуализации напряжения внутри детали — это представление о том, как силы “текут” через неё. Визуальное представление этого называется силовые линии (Википедия).

Силовые линии в пластине с центральной трещиной под растяжением. Кокчаров, CC BY 3.0, через Wikimedia Commons

Напряжение будет концентрироваться в местах, где линии сил расположены близко друг к другу. Вы можете видеть, как острые углы трещины на изображении выше приводят к областям особенно высокого напряжения и, вероятно, к поломке детали в этих местах.

Это не специфично для 3D-печати, но, поскольку это важная тема, я всё равно хочу включить её сюда. Правила в целом одинаковы для любого метода производства: мы хотим минимизировать напряжение, и лучший способ сделать это:

П1.4

— Направляйте силы по наиболее прямому пути.

Или, другими словами, держите линии сил как можно короче и прямее.

Пример, где это имеет большое значение, — острые углы. Они очень негативно влияют на прочность детали и обычно легко устраняются добавлением скругления. Вы можете видеть, как скругление позволяет силам проходить по гораздо более прямому пути, чем острый угол:

Линии сил вокруг острого угла и угла со скруглением.

Соображения по поперечному сечению#

Неоднородная природа деталей, напечатанных на 3D-принтере, с их оболочкой и заполнением, имеет ещё больше последствий для прочности деталей, о которых стоит говорить. В традиционном инженерном проектировании вас учат максимально уменьшать площадь поперечного сечения детали. Материал следует сохранять только в тех местах, где он оказывает наибольшее влияние на увеличение прочности. Причина в том, что уменьшение объёма напрямую приводит к экономии материала, а значит, к снижению стоимости и веса.

В 3D-печати всё работает иначе. Вы можете значительно увеличить площадь поперечного сечения без заметного увеличения расхода материала, так как заполнение в основном состоит из пустого пространства. Вместо этого следует стремиться уменьшить площадь поверхности детали, потому что именно там используется больше всего материала.

Это означает, что в деталях, напечатанных на 3D-принтере, можно использовать гораздо более толстые формы, что, очевидно, значительно увеличивает прочность детали. Не пытайтесь искусственно работать против этого — если дизайн позволяет, выбирайте самую толстую форму.

П1.5

— Используйте большие поперечные сечения. Предпочитайте толстые формы тонким.

Для примера подумайте о традиционном двутавровом профиле (Википедия). Идея в том, что материал сохраняется только в областях, удалённых от нейтральной оси изгибающего момента, где он оказывает наибольшее влияние на прочность детали. Это позволяет значительно экономить вес.

Хотя двутавровый профиль отлично работает для однородных материалов, он не подходит для 3D-печати. Квадратное сечение с такими же внешними размерами будет иметь сравнимую или лучшую прочность, но обычно не приводит к увеличению расхода материала и времени печати. Оно даже может быть лучше в этих аспектах, как показано ниже.

Сравнение времени печати и расхода материала для двутаврового и квадратного профиля.

Проблемы с симуляцией#

В традиционном машиностроении, когда нужно оценить прочность детали, инструментом выбора является симуляция. Симуляция позволяет точно предсказать поведение детали под нагрузкой без необходимости её изготовления. Особенно для деталей из дорогих материалов или изготовленных с использованием дорогостоящих методов производства, предварительное проведение симуляций критично для бюджета проекта.

К сожалению, симуляция быстро теряет свою эффективность при анализе деталей, напечатанных на 3D-принтере. Проблема снова в неоднородной природе 3D-печати. Хотя анализ напряжений всё ещё может быть полезен для выявления критических зон, требующих внимания, извлечение реалистичных значений предельных сил — дело безнадёжное.

К счастью, 3D-печать предлагает альтернативу симуляциям. Исключительно низкая стоимость производства деталей позволяет печатать прототипы для тестирования механических свойств, что часто является наиболее экономичным решением. Нужно найти предел текучести дизайна? Просто напечатайте несколько копий и определите его эмпирически.

Однако есть одна вещь, с которой нужно быть осторожным: хотя я считаю тестовые отпечатки отличным способом определения механических свойств, я советую не полагаться на них для определения точности размеров. Я подробнее объясню причины этого в следующей главе.

Наконец, следствием вышесказанного является то, что топологическая оптимизация (Википедия) не очень подходит для FFF 3D-печати. Хотя она великолепна для других процессов аддитивного производства, текущие инструменты обычно не способны создавать дизайны, которые были бы действительно оптимальны для FFF 3D-печати. Не говоря уже о часто неидеальной печатаемости таких деталей.

Фаски против скруглений#

Начнём с краёв. В целом, механические детали должны избегать острых краёв, так как они неприятны на ощупь. Любой хороший дизайн устраняет края, добавляя либо круглое скругление, либо фаску под углом 45° подходящего размера.

Хотя выбор между ними часто делается по стилистическим причинам, есть некоторые важные аспекты печатаемости. Нужно рассмотреть два случая, в зависимости от ориентации края относительно поверхности печати:

Добавление фаски или скругления к краям, параллельным поверхности печати, означает, что элемент будет формироваться из нескольких слоёв, возможно, со свешиванием. Скругления плохо подходят для этого. Они начинаются с очень крутого свешивания, которое плохо печатается. Часто такие скругления имеют большие отклонения поверхности. Даже если свешивания нет, когда скругление находится сверху, изменение кривизны делает шаги слоёв очень заметными, ухудшая отделку детали. Фаски гораздо лучше подходят для этой ориентации. Они имеют постоянный угол свешивания, что приводит к очень равномерному шагу слоёв, который выглядит гораздо приятнее.

Фаски и скругления на краях, параллельных поверхности печати. Синий периметр внизу скругления обозначает неподдерживаемое свешивание.

Напротив, края, вертикальные к поверхности печати, гораздо лучше подходят для скруглений. Скругление означает, что принтеру не нужно делать острые углы при прокладке периметров. Это снижает ускорение печатающей головки и, следовательно, уменьшает поверхностные артефакты (звон, выбег). Фаска на таких краях будет иметь два острых угла, которые никогда не будут выглядеть так красиво и не достигнут таких же допусков, как круглое скругление.

Фаски и скругления на краях, вертикальных к поверхности печати. Скорость печати значительно снижается для углов фаски, тогда как скругления могут почти сохранять ту же скорость.

Таким образом, если стилистические решения не диктуют иное, самые чистые отпечатки будут достигнуты, следуя этому правилу:

П2.1

— Используйте фаски на краях, параллельных поверхности печати. Используйте скругления на краях, вертикальных к поверхности печати.

Горизонтальные отверстия#

С горизонтальными скруглениями основная проблема — крутое свешивание. Есть и другие конструктивные элементы, где возникают подобные проблемы. Например, горизонтально ориентированные круглые отверстия. Чем они больше, тем серьёзнее проблема. Решение — отступить от идеального круга в пользу более оптимизированной формы. Для маленьких отверстий хорошо работает форма капли с углом 90°. Для больших отверстий можно добавить плоский “потолок”. Имейте в виду, что под потолком потребуется небольшой дополнительный зазор из-за лёгкого провисания мостов.

Слева: отверстие ⌀4 мм с каплей 90°. Справа: отверстие ⌀10 мм с плоским потолком. Потолок находится на 0,4 мм выше теоретического круга, чтобы лёгкое провисание моста не повлияло на посадку.

П2.2

— Улучшайте горизонтальные отверстия, используя форму капли или добавляя плоский потолок.

Кажущаяся бесшовность#

Тема, очень важная как для отделки деталей, так и для размерных допусков, — это размещение швов периметра. Швы периметра — это точки, где начинается и заканчивается линия периметра. Очень сложно настроить принтер так, чтобы швы не оставляли артефактов. Поэтому стоит продумать размещение шва, чтобы он не мешал функциональности или эстетике.

Обычно размещение шва выбирается автоматически слайсером. Для каждого слоя он ищет самый острый угол (вогнутый или выпуклый) и размещает шов прямо в нём. Это доказало свою надёжность для получения хороших результатов без явного вмешательства пользователя.

Однако этот алгоритм не работает в двух ситуациях:

1. На идеально круглых периметрах, таких как круглые отверстия или контуры.
2. Когда все углы имеют одинаковый угол или когда самый острый угол требует строгих допусков.

Особенно актуален первый случай. Этот эффект серьёзно влияет на допуски, которые можно достичь с круглым отверстием. В то время как остальная часть периметра может отклоняться менее чем на 0,1 мм, артефакты шва могут легко увеличить это до 0,4 мм. Хуже того, это смещает центральную линию отверстия, так как шов находится только в одном месте.

Решение простое: добавьте угол, где шов можно разместить без помех. Вместо идеального круга сделайте отверстие в форме капли с углом 120°. Обратите внимание на разницу с ранее обсуждавшимися горизонтальными отверстиями.

Форма капли позволяет шву не мешать круглому отверстию (белые точки/линия указывают на размещение шва).

П2.3

— Используйте форму капли для вертикальных отверстий, чтобы избежать неточностей из-за швов периметра.

Аналогично, если другие углы нельзя использовать для размещения шва, добавьте небольшую выемку где-нибудь, которая станет “самым острым углом” и примет шов автоматически. Хотя вы, конечно, можете вручную размещать шов с помощью слайсера, этот приём означает, что настройки слайсера не потребуются.

Разница при принудительном размещении шва. Слева шов портит внешний вид канавки в центре. Справа небольшая выемка на задней стороне детали принимает шов, и канавка выглядит намного лучше.

В итоге:

П2.4

— Подумайте, где будет размещён шов. Если допуски строгие, предусмотрите острый вогнутый угол, чтобы спрятать шов.

Ожидаемые допуски FFF/FDM#

Фундаментальной основой любого “проектирования для производства” является знание пределов точности производственного процесса. Как было сказано в начале, цель — создавать переносимые дизайны, поэтому мы должны предполагать консервативные пределы вместо использования максимальных возможностей конкретного принтера. Обратите внимание, что это противоположно традиционному рабочему процессу: вместо указания допусков, которые кто-то другой должен достичь во время производства, вы принимаете определённые допуски производственного процесса и проектируете соответственно.

Также следует отметить, что базовое предположение здесь — 3D-принтеры хорошо откалиброваны. Некалиброванный принтер будет иметь дополнительную постоянную ошибку сверх своих допусков. Например, плохо настроенные значения шагов/мм приведут к постоянному отклонению размеров вдоль определённой оси. Дизайн детали не может и не должен учитывать это — если бы мы пытались, от дизайна мало что осталось бы.

Некалиброванный принтер будет иметь постоянную ошибку сверх общих производственных допусков.

Прежде чем говорить о значениях допусков, важно понять, что вызывает эти отклонения в первую очередь. Значение допуска ничего не значит без контекста, к которому оно применяется. Особенно в 3D-печати допуски будут сильно варьироваться в зависимости от конкретной геометрии детали. Эта тема довольно обширна, так как в неё вовлечено множество факторов. Поэтому в этой главе будут рассмотрены только самые важные аспекты.

Начнём с основ: нижняя граница точности обусловлена шаговым разрешением шаговых двигателей принтера и их драйверов. Фундаментально невозможно достичь большей точности, чем это, так как размеры всегда будут находиться где-то между двумя положениями шага. Однако на современных 3D-принтерах теоретическое шаговое разрешение составляет около 0,01 мм. Достижимо ли это значение на практике — вопрос спорный, но вывод в том, что шаговое разрешение значительно ниже отклонений, вызванных другими эффектами.

Далее, есть ещё эффекты системы движения принтера на точность размеров. Все они связаны с механической нестабильностью принтера. Настройка параметров слайсера и продвинутое управление движением (формирование входного сигнала) могут значительно улучшить ситуацию. Однако не меньшую роль играет геометрия, которую печатает головка. Острые углы — худший нарушитель, так как они заставляют принтер работать с максимальным ускорением. Оптимизируя деталь для “лёгкого движения”, можно значительно улучшить допуски напечатанных деталей.

Снова фаски и скругления наглядно показывают, как различно будет ускорение печатающей головки в разных сценариях. Более острые углы приводят к большему ускорению и, следовательно, к худшим допускам.

П2.5

— Проектируйте геометрию детали для лёгких путей движения во время печати, чтобы улучшить точность размеров.

Следующий компонент, снижающий точность 3D-принтера, — это экструдер и хотэнд. Неравномерная экструзия приводит к изменению ширины линии, что влияет на внешние размеры детали. Кроме того, сопло принтера всегда слегка тянет экструдированную линию за собой. Это приводит к тому, что круги всегда немного меньше. На внутренних кругах (вертикальных отверстиях) предполагайте отклонение, уменьшающее отверстие. На внешних кругах предполагайте отклонение, уменьшающее внешний диаметр, но в меньшей степени.

Как правило, для современных популярных FFF 3D-принтеров с соплом 0,4 мм при высоте слоя 0,2 мм эти эффекты приводят к отклонениям в диапазоне ±0,1 мм для каждой поверхности. Отклонения смещены для круговых путей, как упомянуто. Хотя многие поверхности будут точнее, это значение — безопасная ставка для отклонения поверхности.

К сожалению, хотя у 3D-принтеров обычно нет заметного роста допуска для больших размеров, здесь вступают в игру другие эффекты: особенно коробление и усадка деталей, напечатанных на 3D-принтере, по мере их остывания.

Коробление и усадка сильно зависят от выбора материала, но есть и геометрии деталей, которые подвержены этому больше, чем другие. В общем, чем более объёмна деталь и чем менее острые её края, тем меньше можно ожидать коробления. Подумайте о силах, возникающих при усадке материала, и о том, как геометрия может сопротивляться этим силам.

П2.6

— Предотвращайте коробление, делая детали объёмными, а их поверхности гладкими и округлыми. Идеальная форма — сфера.

Идеальная точность#

В предыдущей главе обсуждались допуски, которые можно ожидать от процесса FFF 3D-печати. Однако, конечно, бывают ситуации, когда требуется большая точность. Один из подходов, часто используемый для этого, — экспериментальное определение размера в CAD, при котором конечная деталь идеально подходит. 3D-печать делает это очень простым, потому что тестовые отпечатки дёшевы и быстры. Часто 3D-принтеры имеют удивительно хорошую повторяемость, поэтому размер, оптимизированный с помощью тестовых отпечатков, может достичь невероятных допусков. Некоторые называют это подходом Златовласки (Hackaday).

Однако у этого эмпирического подхода есть огромный недостаток: он делает ваш дизайн сильно зависимым от настроек слайсера и конкретного принтера, на котором печаталась деталь. Как обсуждалось в начале, цель — избежать такой зависимости, чтобы сделать дизайн более переносимым.

К счастью, есть другие подходы, которые можно использовать для достижения той же цели, но без необходимости строгих допусков. Конечно, у этих подходов тоже есть свои ограничения. Поэтому то, что лучше в конкретной ситуации, нужно оценивать индивидуально.

Первый подход, который я хочу обсудить, гениально прост. Его можно кратко описать так (и я хотел бы иметь надёжный источник для этой цитаты):

П2.7

— Если вы не можете сделать это точно, сделайте это регулируемым.

Идея в том, что в местах, где требуется точность, вы должны проектировать деталь так, чтобы размер можно было отрегулировать. Существует множество механизмов регулировки. Следующие четыре примера должны показать возможности:

Продолговатые отверстия для винтов позволяют перемещать деталь для выравнивания. Это даёт большой диапазон движения, но регулировка менее 1 мм очень сложна. Этот метод также хорошо подходит для коррекции угловых ошибок.

Продолговатое отверстие используется для регулировки положения детали.

Противоположные винты для регулировки высоты позволяют фиксировать размер на месте довольно надёжно. Естественное уменьшение винтов делает тонкую регулировку лёгкой. Недостаток в том, что требуется доступ с обеих сторон, что не всегда легко достижимо. Регулировка такого механизма немного утомительна, так как приходится постоянно ослаблять один винт и затягивать противоположный.

Два винта в центре противостоят друг другу для тонкой регулировки высоты блока между ними.

(Установочные) винты, противостоящие пружине или гибкому элементу, отлично подходят для упрощения регулировки. Напряжение пружины, противодействующее винту, означает, что поворот винта в любом направлении соответственно регулирует размер. При необходимости второй (установочный) винт может фиксировать деталь на месте после регулировки.

Регулировка высоты с помощью длинного винта M5, противостоящего пружине.

Шиммирование с использованием шайб из пружинной стали — любимый в промышленности метод для небольших регулировок, которые редко нужно менять. Готовые шайбы различной толщины складываются для достижения точного смещения, необходимого для регулировки. Промышленные шайбы обычно изготавливаются из пружинной стали, но для некоторых применений могут подойти и шайбы, напечатанные на 3D-принтере. Однако, особенно для небольших высот, мелкие дефекты поверхности от процесса печати могут негативно повлиять на точность.

Грубый пример использования шайбы 0,2 мм для выравнивания приспособления.

Инженерные посадки#

В традиционном машиностроении, когда две детали должны геометрически соответствовать друг другу, используется так называемая инженерная посадка. Инженерная посадка — это систематическая классификация разрешённых размеров для двух деталей. Обычно эта система посадок применяется к отверстиям и валам, но её можно применять и к другим формам.

Наиболее важное различие между:

• Посадки с зазором, где всегда есть некоторый люфт между деталями при любых разрешённых размерах,
• Переходные посадки, где может быть либо зазор, либо натяг,
• Посадки с натягом, где две детали всегда интерферируют, и для их соединения требуется значительное усилие. Это также называется прессовой посадкой.

Разные типы инженерных посадок. CC BY-SA 4.0, через Wikimedia Commons

ISO 286 затем определяет конкретные классы посадок с различными диапазонами допусков для размеров вала и отверстия (Википедия). Это отлично подходит для традиционного производства, но, к сожалению, в основном бесполезно для 3D-печати. Мы не можем печатать детали с конкретным допуском — вместо этого 3D-принтер имеет присущие ему допуски, которые мы должны учитывать в дизайне.

Если строгие инженерные посадки всё же требуются, не стоит забывать о возможности постобработки напечатанных деталей. Особенно для напечатанных отверстий можно использовать развёртывание (Википедия), чтобы достичь, например, посадки H6. Тем не менее, эта опция имеет смысл только там, где она абсолютно необходима. В противном случае дополнительные усилия трудно оправдать.

Для всех других случаев выбор по сути между посадкой с зазором и посадкой с натягом. Посадки с зазором просты — зазор между деталями, превышающий удвоенный допуск принтера, решает задачу. Посадки с натягом, с другой стороны, сложнее. Проблема в том, что большие допуски печати означают, что силы в посадке с натягом сильно варьируются между разными деталями. В худшем случае это может даже привести к поломке соединений из-за чрезмерных сил.

Чтобы противодействовать этому, дизайны должны учитывать большие допуски 3D-печати. Есть несколько хитростей, которые можно использовать здесь, и я поделюсь ими далее.

Поддержки#

Слон в комнате — это, конечно, тема поддержек. Поддержки используются как строительные леса для элементов детали, которые иначе висели бы в воздухе. После печати они удаляются, чтобы открыть окончательную форму.

Поддержка (показана зелёным) используется для печати нависания, которое иначе было бы невозможно.

К сожалению, использование поддержек имеет ряд недостатков:

• Добавляет дополнительный этап постобработки после печати. Удаление поддержек может быть довольно трудоёмким.
• Расходует дополнительный материал, который затем становится отходами.
• Приводит к плохим допускам на поддерживаемых поверхностях, гораздо худшим, чем для остальной части детали.
• Приводит к ухудшению качества поверхности на поддерживаемых поверхностях.

Для дизайнера вывод прост:

П3.1

— Избегайте необходимости использования поддержек.

Да, безусловно, есть много ситуаций, где использование опор уместно. Но чаще всего небольшие изменения дизайна могут устранить элементы, которые иначе потребовали бы опор.

Пример элемента, который можно оптимизировать, чтобы не требовать поддержку.

Большую роль в этом играет общая ориентация детали на столе печати. Это обсуждалось ранее в контексте прочности деталей, но это также влияет на необходимость опор. Балансировка между этими двумя аспектами часто бывает довольно сложной.

Дилемма оптимизации для прочности детали или избегания опор: ориентация крюка на левой детали не требует опор, но сила на крюке может разорвать слои. Ориентация справа идеальна для прочности, но требует поддержку.

В этом случае всё же была выбрана левая опция, потому что силы достаточно малы, чтобы не разорвать слои.

Один конструктивный приём, который удивительно эффективен, — это использование диагональной ориентации. Вместо того чтобы выравнивать прямоугольные формы детали по осям принтера, наклоните деталь вверх на 45°.

Левая ориентация приводит к большому мосту, который оставит неточности и видимые артефакты. Простой наклон детали, чтобы все прямые края печатались диагонально, приводит к тому, что все стороны печатаются одинаково хорошо.

Этот метод не только позволяет избежать опор или слишком длинных мостов, но также приводит к более равномерной отделке детали, поскольку все грани теперь печатаются с одинаковой ориентацией. Легко различимые верхняя и нижняя поверхности изящно избегаются.

Конечно, это влияет на стабильность печати. Возможно, потребуется добавить кайму, чтобы такие детали не опрокидывались. Slant 3D более подробно исследует концепцию диагональной ориентации (YouTube).

П3.2

— Умная ориентация детали на поверхности печати может устранить необходимость в опорах.

Разделяй и властвуй#

Даже при самых лучших намерениях не всегда возможно сделать деталь без необходимости поддержки. Хотя это может означать, что пора признать поражение и просто печатать с поддержкой, есть ещё одна опция, которую стоит оценить. Это, конечно, не всегда лучший путь, но его стоит рассмотреть:

П3.3

— Разделите деталь на несколько частей, если ни одна ориентация не может избежать опор.

Компромисс здесь между принятием недостатков поддержек и усложнением сборки. Оба решения потребуют некоторой работы после печати, но то, какое решение лучше, всегда будет зависеть от конкретных обстоятельств. Особенно для одноразовых или малосерийных дизайнов слегка более сложная сборка легко оправдывается.

Крюки были напечатаны отдельно и затем прикреплены винтами. Это позволило избежать опор и также помогло оптимизировать ориентацию печати для лучшей отделки поверхности в критических местах (например, конус крюка).

Жертвенные слои#

Множество ситуаций, когда избегание опор становится сложным, вызвано необходимостью печати контр-отверстий вверх ногами.

Контр-отверстие вверх ногами проблематично для печати из-за неподдерживаемых свешиваний.

При рассмотрении поперечного сечения проблема легко видна: ступенька контр-отверстия неподдерживаема. Мосты не работают, потому что отверстие в середине мешает. Использование поддержки здесь было бы особенно неприятным, потому что удаление его изнутри отверстия может быть очень сложным.

Одно решение этой проблемы — использование жертвенного слоя. Идея проста: вместо неподдерживаемого свешивания создаётся мост через всё отверстие. Этот мост имеет толщину всего одного слоя и служит только для поддержки меньшего диаметра отверстия сверху.

Мост толщиной в один слой был добавлен к контр-отверстию вверх ногами. Этот слой позволяет чисто напечатать элемент и легко удаляется после печати.

После печати этот тонкий слой вырезается или высверливается из детали, оставляя желаемую геометрию.

Вот как выглядит жертвенный слой сразу после снятия с платформы печати. Следующий шаг — вырезать его ножом или удалить сверлом.

Конечно, контр-отверстия вверх ногами — не единственное место, где этот приём может быть полезен. Фактически, следующая глава покажет ещё лучшее решение для контр-отверстий вверх ногами. Но, для примера, я часто использовал жертвенные слои для эквивалента контр-отверстия для продолговатого отверстия.

П3.4

— Используйте жертвенные слои, чтобы избежать внутренних свешиваний, которые иначе потребовали бы опоры.

Хитрость с нависающим контр-отверстием#

Жертвенные слои — полезный инструмент, но они требуют дополнительного этапа постобработки. Также могут возникнуть проблемы с нитями от мостов, которые отрываются при вырезании жертвенного слоя. К счастью, есть ещё более умный способ справиться с нависающими контр-отверстиями в частности.

Вместо моста через всё отверстие, закрывающего сквозное отверстие сверху, мосты размещаются только там, где они не мешают. Слой за слоем добавляются мосты, чтобы в конечном итоге получить круглое внутреннее отверстие.

Слои этого дизайна следующие, снизу вверх:

1. Сначала просто вырежьте круглое контр-отверстие на желаемую глубину.
2. Затем сделайте вырез толщиной в один слой (обычно 0,2 мм) так, чтобы материал остался только там, где мосты не проходят через внутреннее отверстие. Две полоски мостов останутся, проходя слева и справа от внутреннего отверстия.
3. На следующем слое сделайте ещё один вырез толщиной в один слой с длиной стороны, соответствующей диаметру внутреннего отверстия. Это оставит мосты, проходящие сверху и снизу внутреннего отверстия, перпендикулярно мостам на предыдущем слое.
4. Наконец, начиная со следующего слоя, внутреннее отверстие будет печататься как круг. Это работает, потому что оставшиеся мосты достаточно малы, чтобы не вызывать проблем.

Вот как выглядит хитрость с нависающим контр-отверстием снизу после печати. Вы можете видеть мосты, пересекающиеся перпендикулярно.

Этот приём особенно элегантен, потому что не требует постобработки и печатается исключительно чисто. Конечно, есть предел, в основном с увеличением диаметров. Но если нет веских причин против, этот метод должен быть вашим выбором для любых нависающих контр-отверстий.

П3.5

— Используйте хитрость с нависающим контр-отверстием.

Слои мостов#

Концепция нависающих контр-отверстий может быть обобщена до ещё более мощного метода. Основная идея мостов, поддерживающих другие мосты, может использоваться для довольно сложной геометрии, не требующей опор. Это также называют последовательным мостованием в некоторых местах.

Впечатляющий пример — микроскоп OpenFlexure (Сайт), где этот подход к дизайну используется широко. Лучший способ понять, как это работает, — скачать их модели и просмотреть слои после обработки модели в слайсере (STL Загрузка).

Особенно для больших мостов хорошая идея — сначала нарастить мост на несколько слоёв, прежде чем начинать следующий. Это придаёт нижнему мосту больше прочности и больше времени для остывания, прежде чем он будет нагружен элементами сверху.

П3.6

— Мосты поверх других мостов позволяют создавать сложную геометрию без дополнительной структуры поддержки.

Хорошо продуманная экономия материала#

Мы уже оценивали форму двутавра в контексте 3D-печати. Вывод был в том, что простое удаление объёма — это традиционный подход к дизайну, который плохо применим к 3D-печати. Есть и другие случаи, когда эта тема всплывает. Вырезы, предназначенные для экономии материала, часто добавляются, но на самом деле не достигают своей цели в дизайнах для 3D-печати. Фактически, они могут привести к противоположному: большему расходу материала и увеличению времени печати.

Реальный пример детали, где отверстия были добавлены с целью экономии материала. Но после сравнения моделей становится ясно, что отверстия на самом деле увеличили расход материала и время печати.

Необходимо переключить фокус с объёма на площадь поверхности, так как именно там материал наиболее плотный в деталях, напечатанных на 3D-принтере. Следует стремиться уменьшить площадь поверхности, делая формы толстыми и объёмными.

П3.7

— Сведите площадь поверхности к минимуму. Проектируйте объёмно. Не делайте вырезы в попытке сэкономить материал.

Оптимизация адгезии к столу#

Наконец, тема, которая становится особенно актуальной, когда нужно напечатать много деталей. Чтобы оптимизировать удаление конечной детали с поверхности печати, можно учесть определённые соображения.

Прежде всего, площадь поверхности, касающейся стола, должна быть тщательно сбалансирована. Слишком маленькая площадь приведёт к тому, что детали будут опрокидываться во время печати. Слишком большая площадь усложнит отсоединение детали. Slant 3D предлагает несколько хороших советов по этому поводу (YouTube).

П3.8

— Уменьшайте площадь поверхности, касающейся стола печати, при массовом производстве.

Общие соображения#

Функциональная интеграция — это искусство проектирования так, чтобы каждая деталь выполняла как можно больше необходимых функций. Цель — сократить количество деталей. Это ускоряет сборку и часто приводит к снижению производственных затрат.

Повсеместный пример функциональной интеграции — зажимы в литых пластиковых деталях. Они заменяют дополнительный соединительный элемент, который в противном случае потребовался бы. По этой причине они играют большую роль в удешевлении и упрощении производства продуктов. Зажимы будут обсуждаться подробнее позже.

3D-печать особенно хорошо подходит для функциональной интеграции, потому что дополнительная геометрическая сложность почти не влияет на стоимость производства. Это контрастирует, например, с субтрактивной обработкой, где дополнительные геометрические элементы обычно увеличивают стоимость. Поэтому стремление к максимальной функциональной интеграции обычно хорошая идея при 3D-печати.

Однако есть некоторые нюансы. Печать всего в одной детали ограничивает ориентацию печати для некоторых элементов. Это может негативно повлиять на прочность, допуски и геометрическую свободу. Кроме того, сильно интегрированная деталь сложнее для прототипирования, потому что каждая итерация требует перепечатки большой модели. А позже в жизненном цикле ремонт сломанной детали требует замены большего компонента, чем было бы необходимо с дизайном из множества мелких деталей, соединённых вместе. Не раз я специально разделял определённые функции на отдельные детали, чтобы облегчить прототипирование или ремонт.

Тем не менее, следующие главы продемонстрируют некоторые идеи дизайна, которые позволяют интегрировать определённые функции.

Каналы для стяжек#

Первая идея, которую я продемонстрирую, — довольно простой приём. Вы можете добавить небольшие каналы к поверхностям детали, которые позволяют закрепить стяжку для фиксации кабелей или проводов. Отличное видео об этом есть у Алана Райнера (YouTube). Демо-модель Zip Tie City доступна для скачивания (Printables).

Каналы для стяжек используются для фиксации кабелей к движущейся сборке. Вы можете заметить один неиспользуемый канал для стяжки слева.

Дизайн канала довольно прост — это участок полого цилиндра. Размеры, подходящие для маленьких стяжек (100 мм), можно взять из чертежа ниже.

Размеры канала для стяжек для типичных 100 мм стяжек.

Важное замечание: следует учитывать ориентацию каналов для стяжек. Когда канал печатается так, что периметры не перекрывают его, он становится значительно слабее. В этой ориентации мост может легко оторваться, что я уже видел на практике.

П4.1

— Используйте каналы для стяжек, чтобы закреплять кабели на детали.

Гибкие элементы#

Обычно механические детали проектируются так, чтобы их можно было считать полностью жёсткими в приближении. Гибкие элементы — это конструктивные элементы, которые явно используют эластичность детали для интеграции определённых свобод движения (Википедия).

В целом, 3D-печать идеально подходит для дизайнов, включающих гибкие элементы. Тонкие элементы, необходимые для гибкости, легко печатаются, тогда как их сложно создать другими методами производства.

П4.2

— Используйте гибкие элементы для интеграции подвижных функций в деталь.

Два типа гибких элементов, которые очень распространены, будут рассмотрены подробнее ниже: зажимы и так называемые “живые петли”. Но сначала несколько общих моментов о гибких элементах в 3D-печати.

Объём движения, разрешённый гибким элементом, в основном ограничен тем, насколько возможно отклонение без пластической деформации. Более толстый гибкий элемент начнёт пластически деформироваться гораздо раньше. Поэтому очень важно делать гибкие элементы как можно тоньше, когда требуется большое движение. Силу можно увеличить, складывая несколько тонких гибких элементов, вместо создания одного толстого. Альтернативно, расстояние перемещения более толстого гибкого элемента можно увеличить, увеличив его длину — возможно, даже в змеевидном узоре.

Крюки на этом кабельном гребне сделаны из двух параллельных гибких элементов. Это более жёстко, чем один гибкий элемент, но имеет тот же ход в эластической области.

П4.3

— Проектируйте гибкие элементы так, чтобы они деформировались только эластично при использовании.

Чтобы гибкие элементы были долговечными, важно обеспечить, чтобы их нельзя было перемещать слишком далеко. Элементы должны быть стратегически размещены как ограничители движения гибкого элемента. Таким образом, движение всегда остаётся в эластической области, и гибкий элемент прослужит гораздо дольше.

П4.4

— Убедитесь, что гибкие элементы имеют жёсткие ограничители, предотвращающие их поломку.

Ещё одно использование гибких элементов — обход проблем с допусками. Это работает только тогда, когда на соединение не действуют значительные силы, но может быть хорошим инструментом для дешёвого решения проблем с точностью. Примером этого являются ранее обсуждавшиеся “захватные плавники”.

Зажимы#

Вероятно, наибольшее количество гибких элементов проявляется в виде зажимов. Зажимы произвели революцию в массовом производстве, потому что они обеспечивают способ соединения деталей без крепежа. Либо постоянно, либо так, чтобы их можно было многократно открывать и закрывать. По той же причине зажимы популярны в дизайнах для 3D-печати — избегание дополнительного крепежного оборудования часто желательно.

Однако при проектировании зажимов нужно проявлять осторожность. Расстояние перемещения зажима, сила удержания и размер элемента должны быть тщательно сбалансированы. Ещё одним значительным фактором является ориентация зажима относительно поверхности печати. Особенно зажимы, построенные поперёк слоёв, очень хрупкие. Во многих случаях лучше минимизировать перемещение зажима и вместо этого работать с большей силой удержания.

П4.5

— Убедитесь, что зажимы не сломаются от использования. Оптимизируйте дизайны для минимального движения зажима.

Для зажимов, которые удерживают за счёт геометрической формы, отличная идея — предусмотреть способ разблокировки зажима. Обычно это можно достичь, предоставив пространство для доступа к зажиму инструментом, например, отвёрткой, чтобы отодвинуть его назад.

П4.6

— Предусмотрите способ разблокировки зажимов, фиксирующих по форме.

Живые петли#

Ещё один тип гибкого элемента, который стал невероятно популярным в оптимизации для массового производства, — это “живые петли”. Это петли, которые двигаются за счёт пластической деформации, а не за счёт вращения отдельных частей на оси. Любой дешёвый пластиковый контейнер с крышкой, вероятно, использует одну или две такие петли, потому что они намного экономичнее и проще, чем настоящие шарнирные соединения.

Мы также можем использовать живые петли в дизайне для 3D-печати, но есть несколько ограничений: петля абсолютно должна лежать плоско на столе печати, чтобы получить тонкий лист пластика, который надёжно деформируется. Эксперименты проводились с живыми петлями, сделанными из мостовых слоёв, но они работают значительно хуже.

Пример коробки с большой живой петлёй от @3DMakerNoob.

Engineers Grow обсудили живые петли для 3D-печати (YouTube), как и Slant 3D (YouTube).

Напечатанные подшипники#

Ещё один элемент дизайна, который иногда подходит для интеграции, — это подшипники. Особенно там, где требуются подшипники большого диаметра, может быть эффективнее интегрировать подшипник в дизайн сопрягаемых деталей, вместо использования готового компонента.

Для интеграции подшипника дорожки становятся элементами дизайна детали. Во время сборки вставляются стандартные стальные шарики подшипника. При необходимости может потребоваться напечатанный сепаратор для обеспечения правильного расстояния между шариками.

Пример напечатанного на 3D-принтере подшипника от Positive Altitude.

Positive Altitude опубликовал видео, где дизайн напечатанных подшипников обсуждается более подробно (YouTube).

Механизмы, напечатанные на месте#

Как последний тип функциональной интеграции, который будет обсуждён, механизмы, напечатанные на месте, — это ещё одна уникальная возможность 3D-печати. Несколько частей взаимосвязанного механизма могут быть напечатаны одновременно. Постобработка для сборки не требуется.

Механизмы, напечатанные на месте, могут включать соединения, которые были бы невозможны для сборки после печати. Хитрость в том, что взаимосвязанные части печатаются уже в соединённом положении. Это может быть невероятно полезным инструментом дизайна для создания прочных механизмов без сложной сборки.

Стандартный пример механизма, напечатанного на месте, — это планетарная передача с шевронными зубьями. Эту модель невозможно собрать из её частей после печати. Дизайн от Emmett Lalish и фото от Prusa Research.

Большой недостаток механизмов, напечатанных на месте, — это дополнительная сложность дизайна. Ориентация детали фиксирована, что затрудняет избегание опор и проектирование для прочности. Особенно там, где встречаются взаимосвязанные части, может быть сложно адекватно поддерживать плавающую геометрию. Иногда между частями размещаются специальные поверхности разрыва. Их затем нужно сломать силой после печати.

П4.7

— Используйте поверхности разрыва для поддержки плавающей геометрии в дизайнах, напечатанных на месте.

Ещё одна критическая тема для дизайна, напечатанного на месте, — это необходимый зазор между взаимодействующими частями. Печать нескольких поверхностей очень близко друг к другу может быть сложной для некоторых принтеров. Похоже, что зазор в 0,3 мм должен позволить большинству современных принтеров напечатать дизайн.

П4.8

— Обеспечьте достаточный зазор между элементами в дизайнах, напечатанных на месте.

Гайки и болты#

Пожалуй, наиболее распространёнными машинными элементами являются винты. В основном они используются для соединения различных компонентов друг с другом. Хотя легко просто выбрать ближайший подходящий винт и спроектировать детали вокруг него, есть нюансы, если соединение должно быть долговечным. В традиционном машиностроении выбор винтов сам по себе может быть наукой. Особенно, когда винт сильно нагружен или критичен для безопасности. В проектировании для 3D-печати технически всё то же самое — но, к счастью, часто можно обойтись, игнорируя большую часть этой сложности. Тем не менее, я считаю важным хотя бы знать ограничения и некоторые общие рекомендации о том, что хорошо или плохо для винтового соединения деталей, напечатанных на 3D-принтере.

Штифты#

Теперь рассмотрим машинные элементы, помимо винтов. Хотя использование штифтов в дизайне для 3D-печати довольно редкое, их всё же стоит упомянуть. В традиционном машиностроении они являются стандартным решением для точного и повторяемого позиционирования одной детали относительно другой.

Поскольку допуски 3D-печати часто делают такую точность излишней, использование штифтов здесь ограничено. Кроме того, такие штифты требуют инженерной посадки, которую сложно достичь в 3D-печати. Лучшим решением являются ранее упомянутые шестиугольные отверстия или рёбра сминания, или постобработка напечатанных деталей.

Приспособление для точного выравнивания детали для лазерной гравировки. Штифты использовались как надёжные позиционирующие элементы.

Встроенное оборудование#

С встроенными гайками мы уже обсудили один элемент, который можно вставить в деталь во время печати. Этот концепт можно использовать и для многих других вещей — множество дизайнов были опубликованы, использующие этот метод каким-либо образом.

Чтобы быстро повторить концепт, он работает следующим образом:

1. В дизайне оставляется полость для размещения компонента.
2. При нарезке в слайсере настраивается пауза непосредственно перед слоем над полостью.
3. Когда принтер достигает паузы, вставляется оборудование.
4. Затем печать возобновляется, заключая оборудование и часто навсегда сплавляя деталь с ним.

Для вдохновения посмотрите на окно в этом Modern Gridfinity Case от Matthew. Оно сделано из прозрачного листа PETG, который вставляется в печать. Дизайн даже включает небольшие выступы, чтобы удерживать лист на месте сразу после вставки. Это делает дизайн очень прочным, и результат трудно достичь другими методами.

Конечно, множество других компонентов можно встраивать в 3D-печать. Назову несколько:

• “Запертые крепежи” вставляются так, чтобы они не могли выпасть из детали, что затрудняет их потерю.
• Магниты
• Металлическая сетка

Очевидное преимущество встроенного оборудования в том, что можно избежать дополнительных средств соединения или крепления. Однако учтите недостаток: встроенное оборудование можно извлечь только разрушительно, и замена обычно невозможна.

П5.7

— Встраивайте оборудование в детали, напечатанные на 3D-принтере, чтобы избежать более сложных методов крепления или соединения.

Печать на ткани#

Техника, очень похожая на встроенное оборудование, но заслуживающая отдельного внимания, — это включение ткани в 3D-печать. Это создаёт детали с уникальной гибкостью, особенно интересной для носимых приложений. По этой причине печать на ткани довольно популярна в сцене косплея.

Суть в том, что печать, состоящая из множества отдельных частей, приостанавливается примерно через 2-3 слоя. Затем кусок тюлевой ткани накидывается на начальные слои. При возобновлении печати новые слои сверху сплавятся с нижними, закрепляя каждую часть на ткани.

Демонстрация некоторых деталей для косплея, напечатанных на ткани. Изображение от Uncle Jessy.

Гибкость результирующего дизайна можно точно контролировать геометрией твёрдых напечатанных форм. Другие уже много экспериментировали с этой техникой, например, вы можете посмотреть видеоурок от Uncle Jessy (YouTube).

Сложные формы#

Хотя внешний вид не является главной заботой функционального дизайна, ни одна деталь не должна проектироваться без учёта её внешнего вида. 3D-печать уникально позволяет добавлять сложные формы поверхности “бесплатно”. Внезапно вопрос больше не о увеличении производственных затрат, единственным оставшимся фактором является время, необходимое для проектирования таких форм.

Конечно, сложные формы всё ещё должны соответствовать основным ограничениям процесса — избегать свесов и не требовать поддержек. Но помимо этого нет причин ограничивать дизайны прямыми и прямоугольными формами традиционных функциональных деталей.

Есть даже места, где сложные, возможно органические, формы имеют применение помимо внешнего вида: для эргономичного дизайна такие формы обычно гораздо лучше подходят.

П6.1

— Сложные формы часто “бесплатны” в 3D-печати. Используйте их для улучшения внешнего вида или эргономики.

Теневые линии#

Один трюк, который мы можем позаимствовать из традиционных практик дизайна продуктов, — это теневые линии. Они улучшают внешний вид швов между сопрягаемыми поверхностями нескольких соединённых деталей. Когда две поверхности прижимаются друг к другу напрямую, результат никогда не выглядит великолепно из-за несовершенств с обеих сторон, ведущих к неровному шву.

Теневые линии улучшают это, оставляя контролируемый больший зазор между поверхностями и скрывая фактическое механическое соединение за небольшим выступом. Больший зазор достаточно широк, чтобы мелкие несовершенства поверхности больше не были различимы. Это придаёт результату очень ровный вид без необходимости экстремальной точности.

Верхняя и нижняя половины корпуса привода клапана имеют равномерно распределённый зазор между ними. Настоящий шов фактически скрыт за теневой линией.

Может быть достаточно разместить один выступ на теневой линии, чтобы скрыть настоящий шов. Если защита от пыли важна, второй выступ на внутренней стороне может превратить теневую линию в своего рода лабиринтное уплотнение, обеспечивая больше, чем просто эстетику.

Теневые линии также могут использоваться на деталях, соединённых под углом, например, крышка, плоско лежащая на коробке. В этом случае между размером крышки и окружающей коробкой оставляется постоянный зазор, а выравнивающие выступы внутри обеспечивают центрирование крышки.

Крышка окружена ещё одним равномерно распределённым зазором. Чтобы она оставалась центрированной, внутренние рёбра выравнивания точно её позиционируют.

Чтобы узнать больше об этом концепте, Teaching Tech снял видео на эту тему (YouTube).

П6.2

— Создавайте теневые линии вдоль соединительного края между двумя деталями.

Текстура поверхности#

Ещё один значительный фактор для внешнего вида — текстура поверхности. В 3D-печати у нас обычно мало контроля над ними. Особенно вертикальные поверхности всегда будут явно показывать линии слоёв, присущие процессу.

С помощью специальных печатных столов, таких как текстурированные стальные листы, можно улучшить нижнюю поверхность деталей. Это позволяет получить очень чистую текстуру, но, конечно, ограничено, поскольку только одна поверхность каждой детали может получить такую обработку. Иногда даже желательно избегать поверхности стола на детали, чтобы все стороны выглядели более равномерно. Один из способов — повернуть детали под диагональным углом относительно печатного стола.

Для вертикальных поверхностей, где линии слоёв иногда разрушают эстетику детали, был разработан трюк, чтобы скрыть их. Нечёткая оболочка добавляет неровности к каждому периметру слоя, создавая поверхность, которая выглядит более шероховатой, но без заметных линий слоёв.

Нечёткая оболочка также приятна на ощупь, если правильно настроена, что сделало её популярным выбором для напечатанных рукояток и ручек.

Нечёткая оболочка на рукоятке инструмента создаёт приятный внешний вид и ощущение при держании.

Изображение от Prusa Research

П6.3

— Используйте текстуру поверхности, чтобы детали выглядели менее напечатанными на 3D-принтере.

Напечатанный текст#

Ещё одно приятное побочное следствие природы 3D-печати — это то, что добавление текста или символов к детали невероятно просто. Нет необходимости в наклейках, декалях или трудоёмкой гравировке. Нет оправданий, чтобы не добавлять текст к напечатанной детали.

Начните с привычки добавлять номера деталей в каждую часть большого дизайна. Так легче держать всё в порядке. Особенно при многократной итерации детали, нанесение индекса ревизии на неё может значительно уменьшить путаницу.

Корпус с текстовой меткой, выгравированной в него.

Есть два способа добавления текста или символов: либо текст вырезается в поверхность, что называется гравировкой, либо текст может быть приподнят над поверхностью, что называется тиснением. В основном гравировка даёт гораздо более чистые результаты в 3D-печати. Это особенно верно, когда размер шрифта уменьшается.

П6.4

— Предпочитайте гравировку текста тиснению.

Что касается ориентации, лучшие результаты достигаются размещением текста вертикально к поверхности печати. Таким образом, он печатается как часть линий периметра, где принтер может достичь наибольшей детализации.

П6.5

— Размещайте гравированный/тиснёный текст вертикально к поверхности печати.

Опыт показывает, что большинство принтеров могут печатать текст с минимальной шириной штриха 0,6 мм и гравировкой глубиной 0,5 мм без проблем.

Узоры бисера#

То, что вазы достигают через стиль, может быть использовано для технических дизайнов в виде узоров бисера. Они описывают элементы, добавляемые к тонким листовым деталям для придания им дополнительной прочности. CNC-Kitchen снял видео об использовании узоров бисера для 3D-печати, где этот концепт исследуется подробнее (YouTube). Также есть немецкая веб-книга, подробно описывающая узоры бисера в целом (4ming.de).

Узор бисера на коробке, показанный CNC-Kitchen

П7.1

— Используйте узоры бисера, чтобы сделать детали в режиме вазы более жёсткими.

Нетрадиционный режим вазы#

Интересно, что режим вазы можно адаптировать для ещё большего количества применений. Хитрость в том, чтобы рассматривать режим вазы как способ точного контроля над тем, как принтер экструдирует филамент. Деталь проектируется так, чтобы периметры её поверхности описывали путь для принтера, который в конечном итоге приводит к желаемой геометрии. Впечатляющий пример — штабелируемый поднос, спроектированный FPacheco (Printables).

Этот поднос совсем не похож на деталь в режиме вазы, но является результатом очень тщательного и умного дизайна.

Хотя результирующая деталь для таких дизайнов совсем не похожа на обычную деталь в режиме вазы, она всё ещё получает выгоду от 100% времени печати в режиме вазы. Особенно когда деталь должна производиться в больших количествах, это может иметь значительное влияние.