اصول طراحی استاندارد برای پرینت سه بعدی

یکی از بزرگترین مزیت‌هایی که در مورد پرینترهای سه بعدی دائماً بر روی آن مانور داده می‌شود، آزادی بی‌حد و حصر در طراحی و ساخت قطعات است؛ اینکه به هیچ محدودیتی فکر نکنید و هر چیزی که در تصور شماست، فقط با یک کلیک تولید شود. اما واقعیت دقیق‌تر چیست؟

پرینت سه بعدی مانند هر روش ساخت پیشرفته‌ی دیگری، اصول و قواعدی برای طراحی و ساخت قطعات دارد و محدودیت‌های خود را می‌طلبد. دانستن این اصول طراحی استاندارد برای پرینت سه بعدی، کلید اصلی برای جلوگیری از شکست‌های پرهزینه و اتلاف زمان است. با این دانش، دری به سوی دنیای جدیدی از قابلیت‌ها پیش روی شما گشوده می‌شود و آنچه تا امروز امکان تولید آن را نداشتید، تنها در چند ساعت در دستانتان قرار می‌گیرد.

در این مقاله، ما به بررسی مهم‌ترین استاندارد طراحی به روش پرینت سه بعدی می‌پردازیم و جزئیاتی را که مستقیماً بر استحکام، دقت ابعادی و موفقیت قطعه‌ی نهایی شما تأثیر می‌گذارند، شرح می‌دهیم.

ضخامت دیواره: خط قرمز شکست قطعه

ضخامت دیواره معمولاً پرچالش‌ترین موضوع در بررسی فایل مشتریان است. تصور اینکه پرینت سه بعدی می‌تواند جزئیات بسیار ظریفی تولید کند، درست است، اما ضخامت محدودکننده است.

• اهمیت حداقل ضخامت:

در تمامی روش‌های پرینت سه بعدی (3D Printing)، یک حداقل ضخامت دیواره برای تشکیل کامل لایه وجود دارد. عدم رعایت این حداقل، فقط منجر به تولید نشدن آن قسمت نمی‌شود؛ بلکه در بسیاری موارد، می‌تواند دلیل اصلی شکست کامل فرآیند ساخت کل قطعه باشد.

• استاندارد ما:

در بین روش‌های موجود در آی دیزاین، روش رزینی یا SLA معمولاً کمترین ضخامت دیواره را دارد که بسته به شکل و طول دیواره، می‌تواند بین ۰.۵ تا ۰.۸ میلی‌متر باشد.

نکته کلیدی: اعداد ذکر شده یک حداقل مطلق نیستند، بلکه یک نقطه ریسک را مشخص می‌کنند. هرچه از این اعداد فاصله بگیرید (نازک‌تر طراحی کنید)، ریسک خطا و احتمال شکست فرآیند تولید به شدت بالا می‌رود.

2- بیرون زدگی (Overhang) و مدیریت ساپورت در طراحی

در پرینت سه بعدی، لایه‌ها باید روی لایه‌ی زیرین قرار بگیرند. هر قسمتی که زیر آن لایه‌ی کافی برای ساپورت وجود نداشته باشد، بیرون زدگی (Overhang) نامیده می‌شود و مستعد فرو ریختن است.

• ساپورت چیست؟ در روش‌هایی مانند FDM و SLA، برای نگه‌داشتن لایه‌های Overhang در جای خود، به ساختارهای کمکی یا ساپورت نیاز است که پس از چاپ از قطعه اصلی جدا می‌شوند.
• زاویه بحرانی: زاویه‌ای که یک سطح با افق می‌سازد، تعیین می‌کند که به ساپورت نیاز باشد یا خیر.
  • قانون طلایی FDM: در روش FDM و برای مواد رایج مانند PLA، سطوحی که زاویه‌ی آن‌ها نسبت به خط افق بیشتر از باشد، معمولاً به ساپورت نیاز دارند. طراحی هوشمندانه باید سعی کند زاویه را زیر این حد نگه دارد.
• مشکلات ساپورت در طراحی:

• 1. دسترسی ابزار: اگر ساپورت در حفره‌های داخلی یا نقاط کور باشد، ابزار تمیزکاری به آن دسترسی پیدا نمی‌کند و قطعه قابل تحویل نیست.
  2. کیفیت سطح: سطوح زیرین ساپورت (به خصوص در FDM) همیشه دارای کیفیت پایین‌تر و بافت ناهموار خواهند بود. بنابراین، انتخاب جهت پرینت برای قرار دادن سطوح حیاتی در سمت بدون ساپورت، بسیار مهم است.

۳. حداقل ابعاد جزئیات: حکاکی‌ها و برجستگی‌ها

این مورد به دقت توانایی پرینتر در ساخت کوچک‌ترین جزئیات، مانند نوشته‌های برجسته (Embossed) یا فرورفته (Engraved) مربوط می‌شود.

• وابستگی به تکنولوژی: این ابعاد به شدت به عواملی مانند نوع پرینتر سه بعدی، اندازه نازل، مواد اولیه (اندازه ذرات پودر در (SLSو ضخامت لایه‌ی انتخابی بستگی دارد.
• راهکار طراحی: برای اطمینان از تشکیل شدن موفقیت‌آمیز این جزئیات بدون از بین رفتن در فرآیند ذوب یا پخت، باید عمق و ضخامت این جزئیات در محدوده مشخص شده در راهنمای طراحی هر روش ساخت (FDM – SLA – SLS – SLM) لحاظ شود.

۴. استحکام شکلی و ریب‌گذاری: جلوگیری از تاب برداشتگی و اعوجاج

شرایط پرینت سه بعدی با ماشین‌کاری و تزریق پلاستیک متفاوت است و قطعات مستعد تاب برداشتگی (Warping) هستند. این موضوع به شکل قطعه و مدیریت تنش‌های داخلی بستگی دارد.

• نقش ریب‌گذاری (Ribbing): برای دیواره‌های نازک و بلند، استفاده از ریب‌ها (تقویت‌کننده‌های داخلی) ضروری است. در غیر این صورت، قطعه در حین یا بعد از ساخت ) به‌ویژه در روش‌های SLA و SLS ( در اثر تنش‌های حرارتی دچار انحراف می‌شود.
• مدیریت دمای داخلی: قطعات با ضخامت بسیار بالا و توپر، در موادی مانند ABS و  PA12 دچار اعوجاج حرارتی می‌شوند. سرد شدن سریع سطح بیرونی و حبس دما در داخل، تنش ایجاد می‌کند و دقت ابعادی را از بین می‌برد. در این موارد، طراح باید قطعه را توخالی (Hollow) طراحی کرده و حفره‌های تخلیه پودر یا رزین را در نظر بگیرد.

۵. طراحی اتصالات اسمبلی: جایگزینی خار و زبانه با مهره اینسرتی

برای قطعات پلیمری، طراحی اتصالات مونتاژ یک چالش کلیدی است. استحکام قطعات پرینت شده، به‌خصوص بین لایه‌ها، پایین‌تر از تزریق پلاستیک است.

• ضعف اتصال‌های فشاری: خار و زبانه (Snap-fit) در قطعات پرینت شده، به‌ویژه در باز و بسته شدن‌های مکرر، مستعد شکستگی سریع هستند.
• راه‌حل مطمئن: پیچ و مهره: پیشنهاد اصلی، جایگزینی اتصالات با پیچ و مهره برای تضمین مونتاژ مطمئن است.
• استفاده از مهره اینسرتی (Insert Nut): بهترین روش، استفاده از مهره اینسرتی (که با حرارت یا فشار جا زده می‌شود) است. این کار مقاومت نقطه‌ی اتصال را به شدت افزایش می‌دهد.
  • نکته ظریف: برای جلوگیری از شکستگی ناحیه مهره در حین باز و بسته شدن، باید ضخامت دیواره‌ی اطراف محل قرارگیری مهره در طراحی افزایش یابد.

۶. دقت ابعادی و تلرانس‌گذاری در پرینت سه بعدی

دقت ابعادی (Tolerance) در پرینت سه بعدی با ماشین‌کاری و تزریق پلاستیک بسیار متفاوت است و باید هنگام تلرانس‌گذاری قطعات اسمبلی لحاظ شود.

• خطای تضمین شده: به طور مثال، در خدمات آی دیزاین، دقت ساخت قطعات زیر 10 سانتی‌متر از جنس PLA به روش FDM، معمولاً معادل ±0.4 میلی‌متر اعلام می‌شود. این عدد، حداقل خطای تضمین شده در آن بازه ابعادی است.
• اصل خطای تجمعی: دقت پایین‌تر در پرینت سه بعدی باعث می‌شود که تلرانس‌های اعمال شده باید بزرگتر باشند.
• رفتار ابعادی رایج: در روش FDM و ماده PLA، به‌صورت تجربی، بیشتر خطای ابعادی به‌صورت زیر است:
  • ابعاد خارجی (طول، عرض): معمولاً کمی بزرگتر از حد طراحی می‌شوند (خطای مثبت).
  • سوراخ‌ها و حفره‌ها: معمولاً کمی کوچکتر از حد طراحی می‌شوند (خطای منفی).
• کالیبراسیون و اصلاح فایل: اگرچه با کالیبراسیون تخصصی و اصلاح فایل CAD (جبران خطاهای پرینتر)، می‌توان به دقت بالاتری دست یافت، اما این فرآیند پرهزینه و زمان‌بر است و دقت آن به ثبات شرایط کارگاهی بستگی دارد.

رعایت این اصول طراحی استاندارد برای پرینت سه بعدی، نه یک محدودیت، بلکه یک نقشه راه برای دستیابی به قطعات باکیفیت و عملکردی است که تعداد شکست‌های شما را به حداقل می‌رساند.

تیم متخصص آی دیزاین همواره آماده است تا فایل‌های شما را مناسب با روش‌های ساخت FDM، SLS و SLA بررسی کرده و بازوی طراحی و فنی شما باشد. ما به شما کمک می‌کنیم تا ایده‌های خود را با بهترین دقت و کمترین ریسک به مرحله تولید برسانید.

درنگ نکنید. همین حالا فایل طراحی خود را برای مشاوره و سفارش ارسال کنید تا اولین تجربه تولید موفق سه‌بعدی خود را با بهترین‌های پرینت سه بعدی ایران آغاز کنید.