Stratasys：如何应对大型3D打印带来的挑战白皮书（16页）.pdf

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1、电子书如何应对大型 3D 打印带来的挑战电子书2简介如何应对大型 3D 打印 带来的挑战在制造业中经常出现这种场景：需要尽快更换模具治具以确保生产正常进行。或者说，为了保持开发进度，工程人员在一天前就必须获得原型。如果您以前经历过这些情况，就应该知道 3D 打印比标准的替代品更快、更便宜，而且是显而易见的解决方案。唯一的问题是，这次您的 3D 打印机不够大，或者它无法处理您所需要制造的零件尺寸。听起来是不是很熟悉？对于想要利用 3D 打印解决日常设计和制造难题的工程师和运营经理来说，这并不是一个罕见的难题。但残酷的现实是，能够容纳大型零件的打印机要么超出预算，要么无法充分满足制造业的生产要求，

2、要么只能绑定用于生产其他高性能材料零件。有些人需要在短期内掌握全新的工作内容，当不得不专门派人操作打印机时，就会影响您的操作效率。一直以来，我们所缺乏的是一种能够可靠地制造大型零件的 3D 打印机，它既易于使用，又经济实惠。直到现在情况也是如此。在揭开幕后的真相之前，让我们先来看看 3D 打印大型零件的现实情况。把它们打印出来是一回事，打印得成功与否却是另一回事。在制作长达一米的零件时，您应该考虑哪些问题呢？怎样才能达到最佳效果呢？请继续阅读我们对 3D 打印大型零件的挑战和机遇以及使用正确的打印机如何帮助您实现这一点的见解。电子书 第 1 章 3更长的打印时间这是个无法回避的事实。打印一个

3、45 英寸长并具有可测量高度的零件所花费的时间比使用小型打印机所需的时间要多很多。有什么办法可以加快打印速度吗？有的，只是到最后，它们可能会增加您不能接受的风险。稍后，我们会对这个问题进行更加详细的讨论。更多材料打印大型零件需要更多的材料不足为奇，因此拥有足够的材料容量非常重要。若在一项工作完成之前耗尽了所有材料，打印进程就会暂停。通常在您准备就绪的情况下，不应该出现这样的停顿。在您没有准备好的时候（比如在半夜的打印工作中耗尽材料），结果可能会不尽人意。为了避免此类问题，您需要一台材料容量充足且不会中断的打印机。构建更大的零件意味着要突破挤压塑料 3D 打印技术的界限。随着零件尺寸的增大，要想

4、取得良好的效果，需要克服的挑战也越来越多。打印大型零件 的现实情况电子书 第 1 章 4对稳定性的需求零件越大，高度越高，对稳定性的要求也就越高。打印机的自然振动会转化到零件上，从而影响这些高度较高的区域。如果零件没有固定好，它们可能会稍微偏离平面，导致尺寸不准确。解决方案之一是在您的零件上附上稳定壁。稳定壁是指在零件周围构造的一个独立材料结构，通过间歇性的连接对零件加固，并使其保持在适当的位置上。当零件的构建完成后，稳定壁将被拆除。此外，额外的支撑材料也可以用来支撑高度较高的零件和悬臂式的几何形状。虽然这意味着增加了用料和打印时间，但结果是带来了更好的精确度。使用剥离式或可溶性材料作为支撑结

5、构的打印机与只使用模型材料的打印机相比，更容易将支撑结构移除。后者的支撑结构通常更难移除，并可能会留下表面痕迹。可溶性支撑是最有效和最省时的解决方案，因为它还可以实现带有内部通道的复杂设计，在溶液浴中即可移除这些材料，而无需手动处理。打印大型零件 的现实情况4电子书 第 1 章 5卷曲与翘曲 在打印过程中，塑料零件发生卷曲的趋势并不仅限于大型零件，但出于尺寸的原因，这个问题会很明显。主要原因是整个打印平台的成型室内缺乏一致的温度控制。同样的问题也可能发生在仅使用加热的打印平台而非完全加热的成型室的打印机上。在构建的过程中，随着零件高度的增加，喷涂在顶部的新材料会越来越远离加热平台，从而产生了温

6、差。这种温度梯度导致零件的各个部分以不同的速率加热并冷却，从而使其发生卷曲。对于这种情况，另一个有效的工具就是上面提到的稳定壁。根据零件的几何形状，此项功能是用来防止在非常大和/或更高的零件上发生翘曲的另一种有效方法。现在，您已经了解了打印大型零件所面临的主要挑战，让我们来看看优化打印结果的其他几种方法。打印大型零件 的现实情况电子书6 第 2 章 在方向上进行优化方向描述了零件在打印机内的构建方式直立、侧立或以某种角度。您的选择取决于您是要优化零件的强度、构建速度还是表面光洁度。而这个决定还取决于零件的功能：概念模型、功能性原型、制造工具，或是最终使用的零件。最后，这些方向并不是相互排斥的。

7、根据零件的几何形状，您可以同时实现多种优势。但在实际操作中，当您要打印大型零件或任何尺寸的零件时，请根据您的限制条件考虑要实现的主要目标。如果需要以强度为主，那就以这个结果为导向。如果日常生产是限制您的因素，而强度和表面光洁度是次要的，那就以最大的打印速度对零件进行打印。为表面光洁度设定方向 如何定位零件的几何形状放置决定了其表面的质量。用挤压式打印机制造的零件会呈现出细密的层线，根据层的厚度和零件的形状，这些层线或多或少都会有明显的变化。在曲面上，这些层线更加明显，从而呈现出“阶梯状”的外观。如果您的零件具有弯曲或带角的表面，对其进行定向，使这些表面的构建与 Z 轴平行，这样就会使表面更加平

8、滑。为强度设定方向与表面光洁度类似，构造方向会影响零件或特定特征的强度。一般来说，使需要强度或耐久性的重要元素平行于构造平面并垂直于 Z 轴的方向能够产生最佳效果。这是因为挤压式打印机能在该平面上产生最大的强度。为速度设定方向零件在成型室中的位置会影响构建过程中所需支撑材料的数量，进而最终影响到整体的构建时间。调整零件的方向以使其 Z 高度最小化将需要较少的支撑材料，从而加快构建速度。在下一节中，当我们考虑与缩短完成零件所需时间相关的可能性与风险时，将会对构造建速度进行再次讨论。除了解决与打印大型零件相关的常见问题之外，还可以使用其他技术对打印结果进行优化。这些方法将帮助您获得更高质量的零件，

9、并将成品尽早打印出来。成功进行大型打印的其他技巧电子书7 第 2 章 这款家用电器基础原型测量的尺寸为大约 600 毫米宽 600 毫米深（23 英寸 23 英寸），证明了 F770 的大型构建能力。电子书8 第 2 章优化零件的打印时间 您可以采取几种方法来加快获取零件成品的时间。然而，它们之间存在一些利弊权衡和风险，我们将在本节中介绍。减少填充物的使用第一种技术是选择密度较低的填充物。在挤压式 3D 打印中，零件的外表面被称为“轮廓”。零件的内部由“填充物”组成，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，构造的过程就会越快，因为需要放置的材料更少。当然，

10、如果强度是要考虑的问题，则可能需要改变填充密度。最佳解决方案是调整零件不同区域的密度，以便适应设计的需要。具有这种能力的 3D 打印机可以让您在需要的区域进行全密度填充，而在不需要的区域进行稀疏填充。成功进行大型打印的其他技巧电子书9 第 2 章Lorem Ipsum使用较厚的切片高度第二种方法是使用较厚的切片高度，该高度指的是挤压层的厚度。每层喷涂更多的材料可以减少构建时间。随着挤压层厚度的增加，层线会更加明显，但在表面光洁度或精致细节并不重要时，这可能就无关紧要了。使用多个切片高度为了速度和美观 另一方面，如果速度和美观都很重要，使用组合式切片高度则是一个两全其美的方案。这需要在垂直表面上

11、使用更厚的层，由于那里的层线最不明显，这样就能提高产出量。在有坡度的表面或需要更多细节的地方，使用更精细的切片可以减少阶梯状的外观并提高视觉质量。使零件的高度最小化第三，正如上一节所述，您可以调整零件的方向，使其高度最小化和/或减少无支撑或悬空结构的数量。这样就减少了支持这些结构所需的支撑材料，从而缩短了构建时间。成功进行大型打印的其他技巧9电子书10 第 2 章手动支撑移除对比水槽支撑移除 可溶性支撑材料是一种非常有效的工具，能够使用它出打印具有内部通道的复杂设计，前提是您的 3D 打印机必须具有此项功能。但是，在支撑物可被完全接触到的地方，用手将其拆除要比浸泡在溶液浴中快得多。这个过程也可

12、以通过添加射孔层（在支撑材料的区域之间添加的模型材料层）来进行加速。当使用具有可剥离性（不可溶）的支撑材料进行 3D 打印时，通常会采用射孔层，这样便能更容易地进行移除。然而，它们也可以与可溶性支撑物一起使用，通常是在使用大型材料块的地方，这样可以加快其移除时间。虽然该过程并不能加速打印流程，但却可以减少获取零件成品所需的总时间。成功进行大型打印的其他技巧电子书11 第 2 章更改默认设置平衡风险与回报 大多数 3D 打印机都提供了默认设置，旨在为一般用途的应用提供可行的结果。然而，更改默认设置的能力取决于打印机的配置。可更改的设置具体包括工具路径宽度、标准轮廓的数量、支撑材料风格和切片高度等

13、。在适当的情况下，这些调整可以节省构建时间。但是，这种益处也伴随着潜在的问题。例如，构建大型零件可能需要相当长的时间，并且取决于打印机的可靠性，发生问题的风险会随着打印时间的延长而上升。另外，Stratasys 工程师还发现，对大型零件的构建调整构建参数平均只会节省 5%的整体打印时间。如果您决定更改设置，则需要问问自己是否值得承担这个风险。在 80 个小时的构建过程中仅节省四个小时，到底值得吗？可能会有这样的情况如果在第 75 小时发生了故障，您就失去了三天的打印时间并且还可能会错过生产的截止日期。因此，考虑您有多大的时间灵活性是非常重要的。相比之下，调整设置可能带来益处的情况包括：生产构建

14、，其中您需要打印多个较大的零件。花时间调整文件设置，然后进行测试打印以验证是否成功，这种做法可能是值得的。即使每次构建只能节省一点时间，但在多次构建上累积的效果也是非常有益的。底线是，只要您对将要面对的问题和困难有所准备，那么实现大尺寸打印也是可行的。既然没有人可以改变物理原理，那么就需要处理通过挤压热的热塑塑料来制造物品的现实问题，这可能很容易，也可能很困难。但是，正确的打印机不仅能让事情变得更简单，还能让您在打印零件的尺寸和质量上都达到令人惊叹的效果。因此，让我们来介绍一款适合这项工作的 3D 打印机。成功进行大型打印的其他技巧电子书12 第 3 章 使用 F770 进行大型打印的机遇 以

15、可靠尺寸进行大型零件的 3D 打印不再是高端、优质系统的专属领域。Stratasys F770 3D 打印机可以实现超过 13 立方英尺的打印体积，并能够打印长度达 46 英寸的零件。但这不仅仅是尺寸的改变。它的几项关键特性还带来了更有价值的优势，得以解决之前遇到的挑战。电子书13 第 3 章使用 F770 进行大型打印的机遇强大的构建能力如果您的材料已经装满，则无需担心材料耗尽的问题。F770 材料盒可提供 200 立方英寸的材料，从而满足长达 140 小时的连续打印时间。可溶性的支撑材料高效的可溶性支撑材料让您的大型零件可以根据需要进行细致和复杂的处理。它允许您打印出所需要的零件，而不会再

16、受性能较差的打印机的限制。GrabCAD Print 和 Insight 软件出色的软件可以向您提供所需的工具，让您获得想要的结果。自适应切片可以自动调整层厚度，优化输出量和视觉外观，从而在打印大型零件时有效地结合速度和美观性。在需要的地方添加适量的填充物，以平衡零件强度和构建时间以及材料的使用量。您也可以轻松地创建稳定壁，以确保零件的准确性，并在支撑结构中加入射孔层，加快手动移除支撑材料的速度和零件的生产速度。三层厚度利用多层厚度选项的灵活性，为大型零件的速度或细节进行量身定制。或者，依靠自适应切片功能，实现两者的最佳优化。完全加热的成型室封闭式的成型烘箱和久经考验的 FDM 技术可以确保整

17、个打印体积拥有均匀的温度分布。您构建的大型零件不会发生翘曲和卷曲，因此您在 CAD 中的模型和打印机打印出来的模型将完全相同。电子书14 第 3 章在应用方面，F770 的价值涉及多个行业，包括汽车、航空航天、重工业和农业等。车身面板原型制作只是汽车和休闲车的典型用例之一。同样，与传统的原型制作方法相比，飞机客舱及座椅组件的建模效率更高。对那些生产水质软化机和其他电器的消费品制造商来说，适用于产品尺寸的大型 3D 打印机也能让他们受益颇多。在诸多类似的行业中，模具是一项特别有用的应用。这些工具通常又大又重。在适当的情况下，用塑料代替金属可以使它们变得更轻。3D 打印的模具也可以轻松地进行定制，

18、并使其更符合人体工程学，以提高工人的舒适度和安全性。这并不意味着用小型 3D 打印机就不能实现这些目标。只要您的打印机有足够的精确度，就可以把零件分成几部分进行分段制造，然后再把它们组装在一起。所有这些都需要更多的前期设计时间和打印后期处理。这是大多数制造商都难以花费的宝贵时间。相反，F770 提供了避免浪费这种时间和精力的可能。它避免了必须通过更缓慢、昂贵的代价来加工大型原型和工装夹具或用较小的打印机组装零部件的现状。实际上，任何需要大型工具和组件的制造商都可以从 F770 的功能中受益。使用 F770 进行大型打印 的机遇这款经过喷涂的 3D 打印汽车挡泥板只是 F770 适用的众多大型零

19、件应用之一。电子书15 第 4 章 做出重大决定 的时刻 如果您或您的团队已经有了丰富的 3D 打印经验，就会明白它对您的生产进度和预算产生的积极影响。现在不妨思考一下：如果您能够 3D 打印出比现在更大的物品将给您带来怎样的机遇？如果您还没有采用 3D 打印，结果又会怎样？你只需要确定是否值得以较低的成本和不到目前一半的时间制作大型工具和原型。有大量现成的证据支持 3D 打印在现有制造方法上节约时间和成本的价值。如果当前大型 3D 打印机的价格让您无法加入增材制造的行列，那么请考虑一下 F770 的新机会。做出重大决定 的时刻 执行可靠、大规模的 3D 打印是 F770 的主要任务。而它的设

20、计就是为了实现这一点，几乎所有人都可以启动打印作业，然后回到他们实际的岗位中去。再加上其实惠的价格，它使可靠的大规模 3D 打印成为现实，并带来节省时间和成本的优势。了解 F770 如何能扩大您的运营规模。如需了解更多信息，请立即联系我们或访问 stratasys- 上的 F770 打印机页面。电子书 2021 Stratasys.保留所有权利。Stratasys、Stratasys 图章徽标和 FDM 是 Stratasys Inc.的注册商标。F770、GrabCAD Print 和 Insight 是 Stratasys,Inc.的商标。所有其他商标由各自所有者所有，有关这些非 Stra

21、tasys 公司产品的选择、性能或使用的问题，Stratasys 公司不承担任何责任。产品规格如有变更，恕不另行通知。eB_FDM_F770_0321a美国总部7665 Commerce Way,Eden Prairie,MN 55344,USA+1 952 937 3000 以色列总部1 Holtzman St.,Science Park,PO Box 2496 Rehovot 76124,Israel +972 74 745 4000中国上海上海市静安区灵石路 718 号 A3 幢一楼邮编：200072电话：+86 21 3319 6068Stratasys 官方微信www.stratasys- ISO 9001:2015 认证