Пожалуйста, оставьте нам сообщение
Решения для 3D-печати без опорных конструкций для крупногабаритных тонкостенных сложных конструкций
2026-05-20
В сфере аддитивного производства существует общепринятое утверждение: «Печатать легко, а контролировать форму сложно», особенно в случае конструкций с облегченной конструкцией и особыми формами, что приводит к резкому увеличению сложности изготовления.
Особенно в случае тонкостенных сложных конструкций высокоточная 3D-печать представляет собой серьезную проблему. При использовании опор конструкция может легко повредиться в процессе последующей обработки; без опор или с их недостаточным количеством возникает риск деформации детали.
Недавно Институт станкостроения «General Technology» столкнулся с «проблемами контроля формы и изготовления» при разработке типичной детали — тонкостенной изогнутой трубы.
Проблемы контроля формы тонкостенных гнутых труб
Размеры данной детали составляют 82*122*264 мм, она имеет тонкостенную изогнутую трубчатую конструкцию, внутреннее пространство узкое, проходы извилистые, общая жесткость низкая. При работе с такими деталями, если использовать традиционные технологии 3D-печати, обычно требуется установка большого количества опор в уязвимых зонах детали. Кроме того, удаление большого количества опор на последующих этапах затруднительно и сопряжено с риском потери точности.
Кроме того, при печати деталей под воздействием непрерывного цикла нагрева и охлаждения постоянно накапливаются остаточные напряжения, что легко приводит к появлению таких проблем, как коробление и деформация, особенно в области отверстий труб, где ограничения минимальны, а пути рассеивания тепла сложны,деформация наиболее выражена.
Если в данный момент по-прежнему следовать традиционному пути «печать — сканирование — исправление — повторная печать», постоянно пробуя и ошибаясь, это не только приведет к огромным затратам на материалы и оборудование, но и затруднит соблюдение сроков разработки,а результат будет сопряжен с высокой степенью неопределенности.
«Оптимизация конструкции + корректировка с помощью моделирования»
Как отмечается в справочнике по технологиям 3D-печати, когда традиционные методы 3D-печати оказались неэффективными, Институт универсальных технологических станков изменил подход: с помощью программного обеспечения VoxelIDance Additive (VDA) от компании Mang Technology и стратегии «оптимизация конструкции + компенсация посредством моделирования» ему удалось успешно решить проблемы, связанные с контролем формы и производством.
➡️ Шаг 1: Оптимизация дизайна — внедрение «решетчатой структуры»
В первую очередь инженеры в модуле проектирования VDA добавили к наиболее подверженной деформации «области отверстия»регулируемуюрешетчатую структуру. Автор обнаружил, что данное программное обеспечение поддерживает гибкое управление решетчатой структурой на параметрическом уровне, то есть такая «решетка» не является фиксированной, а позволяет на основе анализа нагрузок точно регулировать плотность решетки и ее пространственное распределение в различных областях, что делает распределение жесткости более рациональным.
При этом конструкция решетчатой структуры позволяет обойтись без трудоемкого процесса компенсации деформации и последующего ручного добавления опор, характерного для традиционных процессов 3D-печати, что значительно повышает стабильность печати сложных деталей.
Специалисты по 3D-печати специально проконсультировались с компанией Mange Technology: решетчатая структура добавляется только в области отверстия трубки, а внутренняя часть остается полой; решение об удалении будет принято в дальнейшем в зависимости от конкретных условий эксплуатации.
➡️ Шаг 2: Компенсация моделирования — обратная компенсация, точное управление формой
Команда провела проверку печати в соответствии с приведенным выше проектом. Однако после сканирования выяснилось, что общее искажение детали составило около 0,4 мм, что по-прежнему выходило за пределы допустимых отклонений, предусмотренных проектом. В связи с этим команда приступила к второму этапу корректировки.
Модель с добавленной решетчатой опорой содержит около 12 миллионов треугольных полигонов. Учитывая большой объем данных и сложную геометрию, команда разработчиков использовала модуль моделирования VoxelDance Additive для разработки схемы компенсации деформаций.
Для начала необходимо импортировать полную геометрическую модель в модуль моделирования VDA, а затем, используя возможности программного обеспечения по параллельным вычислениям, полностью смоделировать тепло-механические деформации на протяжении всего процесса печати, провести точный расчет и спрогнозировать распределение остаточных напряжений и деформаций.
На основании результатов моделирования программа автоматически рассчитывает величину обратной компенсации и корректирует исходную деталь с учетом предварительной деформации, чтобы деформация, возникающая в процессе печати, компенсировалась за счет этой предварительной корректировки.
В заключение команда конструкторов выполнила повторную печать с использованием скорректированной модели и вновь провела трехмерное сканирование готового изделия. Сравнение данных показало, что ранее наблюдавшиеся серьезные деформации были успешно устранены, а отклонения в габаритных размерах сократились до менее чем 0,2 мм, что позволило повысить точность более чем в два раза.
