Nguyên tắc thiết kế và mẹo thực chiến cho in 3D
(blog.rahix.de)- Khi tạo chi tiết chức năng bằng FDM/FFF, cần những quyết định khác với thiết kế cho gia công truyền thống; cốt lõi là thiết kế hình học sao cho đồng thời cân bằng được độ bền, dung sai, khả năng in và chi phí
- Môi trường tham chiếu là máy in FFF phổ biến với đầu phun 0.4mm và chiều cao lớp 0.2mm, hướng tới thiết kế có tính di động, không phụ thuộc vào tinh chỉnh của thiết bị cụ thể
- Độ bền chịu ảnh hưởng nhiều hơn bởi hướng in, lớp vỏ ngoài, tiết diện lớn và bo góc fillet — tức đường truyền tải trọng và cách bố trí vật liệu trên bề mặt — hơn là infill 100%
- Dung sai và chất lượng bề mặt chịu tác động lớn từ việc chọn hình dạng; với lỗ ngang, lỗ dọc và phần ép lắp, thay vì cố chấp giữ hình tròn, nên cân nhắc dạng giọt nước, mái phẳng, lỗ lục giác/vuông, crush rib, v.v.
- Để giảm thời gian tháo support và lắp ráp, cần thiết kế ngay từ đầu cả việc chia tách chi tiết, lớp hy sinh, bridging tuần tự, tích hợp chức năng, cũng như heat-set insert, đai ốc nhúng và phần cứng nhúng
Phạm vi thiết kế và các giả định cơ bản
- Đối tượng là in FDM/FFF, và nhiều quy tắc được xây dựng theo các ràng buộc của quy trình này nên không thể áp dụng nguyên trạng cho các phương pháp sản xuất bồi đắp khác
- Trọng tâm là chi tiết chức năng hơn là tính thẩm mỹ
- Phải có đặc tính cơ học tốt
- Phải dễ in
- Không nên đòi hỏi quá nhiều tinh chỉnh vi mô của máy in
- Khi in số lượng lớn, cần ít hậu xử lý và ít lãng phí vật liệu
- Mục tiêu thiết kế là cân bằng giữa lực, phương thức chế tạo và chi phí
- Điều chỉnh hình dạng theo lực cần truyền và chịu
- Giảm độ khó khi in bằng các thay đổi hình dạng nhỏ
- Giảm lượng vật liệu sử dụng và thời gian in
- Nếu nhà phát triển máy in và slicer cố gắng giúp in tốt hơn mọi hình dạng có thể, thì người thiết kế sẽ điều chỉnh hình dạng chi tiết để nó hoạt động tốt với quy trình sản xuất hiện tại
- Với mô hình dùng để chia sẻ, nên hướng tới portable design có thể in dễ dàng cả trên máy in giá rẻ, thay vì phụ thuộc vào dung sai chặt của một máy in cao cấp cụ thể
Hồ sơ máy in tham chiếu
- Các giá trị khuyến nghị được xây dựng dựa trên hồ sơ máy in tiêu chuẩn như sau
- Đầu phun 0.4mm
- Chiều cao lớp 0.2mm
- Không có sai lệch kích thước lớn do lỗi thiết lập steps/mm, và độ lệch skew giữa các trục ở mức có thể bỏ qua
- Tốc độ in đã được tinh chỉnh hợp lý nhưng vẫn có thể còn các artifact như overshoot nhẹ và ringing
- Bridging ở khoảng cách hợp lý là ổn định
- Overhang được in tốt
- Nếu không phải hình dạng quá cực đoan thì độ bám bàn in không thành vấn đề
- Giả định này là tiêu chuẩn nhằm giữ thiết kế có tính di động mà không mặc định hiệu năng thiết bị quá cao
Thiết kế độ bền chi tiết
- Do vật in FFF có phần bên trong rỗng một phần và được xếp lớp, nên chúng hoạt động khác với một khối nhựa đồng nhất
- Vì quy trình chế tạo theo lớp, chúng có tính dị hướng khiến đặc tính cơ học thay đổi theo hướng
-
Hướng in và tải trọng
- Quy tắc quan trọng nhất là đặt chi tiết sao cho lực kéo song song với mặt in
- Vật in yếu hơn nhiều khi chịu kéo theo hướng tách các lớp ra
- Trong thử nghiệm của My Tech Fun, độ bền ở hướng lý tưởng có thể cao hơn khoảng 3 lần
- Uốn cũng tạo ra lực kéo ở một phần tiết diện, nên mô-men uốn cũng cần được căn song song với mặt in
- Những hình dạng phải uốn lặp đi lặp lại như clip sẽ dễ gãy nếu chọn sai hướng
- Khi chia sẻ mô hình trên các nền tảng như Printables, nên tải file lên theo hướng in đúng để người dùng có thể in ngay
-
Khi một hướng không giải quyết được tất cả
- Với chi tiết phức tạp không có một hướng nào là lý tưởng cho mọi tải trọng, có thể chia chi tiết thành nhiều phần
- In từng phần theo hướng tối ưu riêng
- Các mối nối như dovetail joint có khả năng in tốt ở nhiều hướng nên hữu ích cho việc lắp ráp
-
Bề mặt và tiết diện quan trọng hơn infill
- Infill 100% có thể tăng độ bền nhưng không hiệu quả
- Phần lớn vật liệu bổ sung có thể không đóng góp vào độ bền mà chỉ làm tăng thời gian in và lượng vật liệu
- Nhiều chi tiết chịu mô-men uốn hơn là kéo/nén thuần túy, và ứng suất lớn hơn ở gần bề mặt, xa trục trung hòa
- Trong in 3D, tăng số perimeter/shell thường hiệu quả hơn cho độ bền so với tăng tỷ lệ infill
- Nên thiết kế để lực truyền theo đường đi ngắn và thẳng nhất có thể
- Góc nhọn làm tập trung ứng suất, còn fillet giúp đường truyền lực trực tiếp hơn nên có lợi cho độ bền
- Trong thiết kế cơ khí truyền thống, người ta giảm tiết diện để tiết kiệm vật liệu và trọng lượng, nhưng trong in 3D, phần bên trong chủ yếu rỗng nên tăng tiết diện có thể không làm tăng đáng kể lượng vật liệu sử dụng
- Vì diện tích bề mặt ảnh hưởng lớn hơn đến lượng vật liệu tiêu thụ, nên thay vì dầm chữ I, tiết diện vuông có cùng kích thước bao ngoài có thể bền tương đương hoặc hơn, đồng thời thời gian in cũng tốt hơn
-
Mô phỏng và in thử nghiệm
- Do vật in FFF không đồng nhất vì có shell và infill, nên khó dùng mô phỏng độ bền truyền thống để tính tải giới hạn một cách thực tế
- Phân tích ứng suất có thể dùng để tìm các vị trí cần chú ý, nhưng không phù hợp để thu được tải trọng giới hạn chính xác
- In 3D có chi phí tạo mẫu thấp, nên in thực tế vài bản để kiểm tra đặc tính cơ học có thể là cách hiệu quả về chi phí
- Cần thận trọng với cách hiệu chỉnh độ chính xác kích thước chỉ bằng in thử, vì nó phụ thuộc vào máy in và thiết lập slicer cụ thể
- Topology optimization có thể hữu ích cho các phương pháp sản xuất bồi đắp khác, nhưng với công cụ hiện tại, khó tạo ra hình dạng thật sự tối ưu cho FFF và trong nhiều trường hợp khả năng in cũng không tốt
Dung sai và chất lượng bề mặt
-
Chọn giữa chamfer và fillet
- Chamfer phù hợp hơn với các cạnh song song với mặt in
- Fillet có thể tạo ra overhang rất gắt ngay từ đầu, và fillet ở phía trên làm các bậc lớp lộ rõ hơn, khiến chất lượng bề mặt giảm đi
- Chamfer tạo ra góc overhang ổn định nên cho các bậc lớp đồng đều hơn
- Fillet phù hợp hơn với các cạnh vuông góc với mặt in
- Đầu in không phải ôm cua qua góc nhọn nên giảm các artifact bề mặt như ringing và overshoot
- Chamfer tạo ra hai góc nhọn, có thể bất lợi cho dung sai và ngoại quan
-
Lỗ và seam
- Lỗ tròn nằm ngang dễ gặp vấn đề lớn hơn vì phần trên trở thành overhang gắt
- Với lỗ nhỏ, dạng giọt nước 90° thường phù hợp; với lỗ lớn, có thể làm phần trên thành mái phẳng
- Bridge có thể hơi võng xuống nên cần thêm khoảng hở bên dưới phần mái
- Lỗ tròn theo phương thẳng đứng có thể bị dao động dung sai do perimeter seam
- Artifact do seam có thể tạo ra chỗ lồi cỡ 0,4mm ngay cả khi phần chu vi còn lại khớp trong phạm vi dưới 0,1mm
- Nếu seam chỉ xuất hiện ở một vị trí, đường tâm của lỗ cũng có thể bị lệch
- Có thể làm lỗ đứng theo dạng giọt nước với góc 120° để seam không ảnh hưởng tới phần chức năng hình tròn
- Nếu bộ phận chức năng khác nhạy với seam, có thể thêm notch nhỏ để slicer có góc nhọn nhất nhằm giấu seam vào đó
-
Dung sai FFF có thể kỳ vọng
- Thay vì chỉ định dung sai mà một máy in cụ thể phải đạt được, người thiết kế nên chấp nhận dung sai vốn có của quy trình sản xuất và thiết kế theo đó
- Tiền đề là máy in đã được hiệu chuẩn tốt
- Thiết lập steps/mm sai sẽ tạo ra lỗi tỷ lệ cố định theo từng trục, và thiết kế không nên bù cho điều đó
- Độ phân giải bước lý thuyết của máy in hiện đại vào khoảng 0,01mm, nhưng trong sai số kích thước thực tế thì các yếu tố khác thường lớn hơn
- Góc nhọn đòi hỏi đầu in gia tốc lớn nên có thể làm dung sai kém đi
- Với máy in FFF phổ biến dùng nozzle 0,4mm và chiều cao lớp 0,2mm, xem sai lệch theo từng bề mặt ở mức ±0,1mm là một chuẩn an toàn
- Trên quỹ đạo tròn, vòng tròn có xu hướng nhỏ lại do hiệu ứng nozzle kéo theo đường đùn
- Cần dự đoán lỗ tròn bên trong sẽ có sai lệch theo hướng nhỏ hơn; đường kính tròn bên ngoài cũng có thể nhỏ lại nhưng ít hơn lỗ trong
- Ở kích thước lớn, warping và shrinkage trong quá trình làm nguội trở nên quan trọng hơn dung sai nội tại của máy in
- Warping phụ thuộc mạnh vào vật liệu, và giảm đi ở các hình khối có thể tích, cạnh ít sắc, bề mặt mượt và bo tròn hơn
- Hình dạng lý tưởng là hình cầu
-
Khi cần độ chính xác cao
- Goldilocks approach là cách dùng bản in thử để tìm ra kích thước CAD vừa khít, có thể cho dung sai rất tốt nhờ độ lặp lại cao
- Nhược điểm là nó phụ thuộc mạnh vào máy in và thiết lập slicer cụ thể, nên tính portable của thiết kế kém
- Nếu không thể làm chính xác, một phương án khác là làm sao cho có thể điều chỉnh được
- Lỗ oblong có thể dùng vít để đẩy chỉnh vị trí, nhưng khó tinh chỉnh dưới 1mm
- Vít đối đầu phù hợp để chỉnh độ cao nhỏ, nhưng cần tiếp cận từ cả hai phía và việc chỉnh khá phiền
- Grub screw đối kháng với lò xo hoặc flexure giúp điều chỉnh hai chiều dễ hơn
- Lá shim thép lò xo phù hợp cho các điều chỉnh nhỏ ít khi thay đổi, nhưng shim in 3D có thể bị lỗi bề mặt ở độ dày nhỏ làm giảm độ chính xác
-
Engineering fit và lắp ép
- Các hệ thống fit truyền thống như ISO 286 hữu ích khi có thể gia công với dung sai xác định, nhưng trong in 3D thì đa phần khó áp dụng nguyên xi
- Nếu thực sự cần fit rất chặt, có thể doa lỗ để đạt hậu gia công như H6 fit, nhưng trừ nơi thật sự cần thiết thì công sức bỏ ra khá lớn
- Với clearance fit, chỉ cần thiết kế khe hở giữa hai chi tiết lớn hơn gấp đôi dung sai của máy in
- Với interference fit, lực lắp ráp thay đổi rất mạnh theo dung sai, và trong trường hợp xấu nhất khớp nối có thể bị vỡ
- Với lỗ dùng để lắp ép, lỗ lục giác hoặc lỗ vuông dễ dung thứ hơn lỗ tròn
- Dạng tròn buộc phải giãn cả chu vi nên dễ dẫn tới hỏng vật liệu, còn lục giác hoặc vuông có thể chấp nhận đường kính lớn hơn nhờ uốn và cũng có thể giấu seam vào các góc
- Với lắp ép đường kính lớn, có thể dùng crush rib
- Khi lắp ráp, rib sẽ biến dạng dẻo để hấp thụ dung sai, và việc làm biến dạng rib nhỏ sẽ dễ giới hạn lực hơn so với toàn bộ bề mặt tiếp xúc
- Crush rib phù hợp với press fit chỉ lắp một lần; khi tháo lắp lại, lực giữ sẽ giảm đi đáng kể
- Một ví dụ cho kết quả tốt là làm crush rib nhỏ hơn 0,2mm và bore lớn hơn 0,4mm
- Với press fit cần lắp ráp nhiều lần, grip fin dùng biến dạng đàn hồi sẽ phù hợp hơn
Tối ưu hóa quy trình in
-
Giảm support material
- Support material là phần giàn đỡ để in các hình dạng treo lơ lửng, nhưng kéo theo công đoạn gỡ bỏ, lãng phí thêm vật liệu, và làm giảm dung sai cũng như chất lượng bề mặt của supported surface
- Ưu tiên hàng đầu là thay đổi hình dạng ngay từ giai đoạn thiết kế để không cần support
- Hướng in ảnh hưởng lớn không chỉ tới độ bền mà còn tới nhu cầu dùng support
- Hướng có lợi cho độ bền và hướng giúp tránh support có thể xung đột với nhau
- Nếu in một hình khối chữ nhật nghiêng khoảng 45° thay vì canh theo các trục của máy in, có thể tránh bridge dài hoặc support và làm chất lượng bề mặt đồng đều hơn
- Trong trường hợp này, độ ổn định khi in có thể giảm nên có thể cần brim
-
Chia nhỏ chi tiết và overhang bên trong
- Nếu ở mọi hướng đều không thể tránh support, có thể cân nhắc chia chi tiết thành nhiều mảnh
- Đây là sự đánh đổi giữa hậu xử lý support và độ phức tạp khi lắp ráp
- Với thiết kế dùng một lần hoặc sản xuất số lượng nhỏ, việc lắp ráp hơi phức tạp hơn có thể là chấp nhận được
- Counterbore úp ngược không thể dùng bridge ngay do có lỗ ở giữa, còn nếu thêm support thì lại khó gỡ từ bên trong lỗ
- Lớp hy sinh là cách bịt toàn bộ lỗ bằng một bridge dày đúng một lớp để đỡ lỗ nhỏ phía trên, rồi sau khi in thì dùng dao hoặc mũi khoan để loại bỏ
- Mẹo overhanging counterbore là cách xử lý counterbore mà không cần hậu gia công
- Cắt counterbore tới đúng độ sâu mong muốn
- Ở một lớp, tránh inner hole và chỉ để lại bridge bên trái và bên phải
- Ở lớp kế tiếp, chỉ để lại bridge theo phương vuông góc
- Sau đó in lỗ inner hole hình tròn lên trên các bridge nhỏ này
- Khi đường kính tăng lên, cách này cũng có giới hạn
-
Bridging tuần tự và tối thiểu hóa diện tích bề mặt
- Sequential bridging là cách đặt bridge này lên trên bridge khác để tạo ra các hình dạng phức tạp mà không cần support
- OpenFlexure microscope là một ví dụ dùng rộng rãi cách này
- Với bridge lớn, nên đắp thêm vài lớp để tăng độ bền và có thời gian làm nguội trước khi đặt cấu trúc phía trên, thay vì dựng ngay lên trên nó
- Cách truyền thống là thêm cutout để tiết kiệm vật liệu, nhưng trong in 3D điều này đôi khi lại làm tăng lượng vật liệu và thời gian in
- Vì vật liệu được dùng nhiều ở bề mặt, nên cần ưu tiên giảm diện tích bề mặt và chọn các hình khối dày, đặc hơn
-
Bám dính bàn in và in số lượng lớn
- Khi in số lượng lớn, cần điều chỉnh diện tích tiếp xúc với bàn in
- Nếu quá nhỏ, chi tiết có thể bị đổ trong lúc in; nếu quá lớn, sẽ khó gỡ ra sau khi in
- Thay vì brim, có thể thêm trực tiếp mouse ear vào hình học CAD
- Mouse ear giúp giảm vấn đề bám dính bàn in, không cần thêm sau này trong slicer, và cũng có thể giảm công sức hậu xử lý
Tích hợp chức năng
-
Ưu và nhược điểm của tích hợp chức năng
- Tích hợp chức năng là cách thiết kế để một chi tiết đảm nhiệm càng nhiều chức năng càng tốt nhằm giảm số lượng chi tiết
- In 3D rất phù hợp với tích hợp chức năng vì độ phức tạp hình học không làm chi phí chế tạo tăng nhiều
- Nếu dồn mọi chức năng vào một chi tiết, việc chọn hướng in sẽ bị hạn chế, đồng thời độ bền, dung sai và mức độ tự do hình học có thể kém đi
- Khi lặp lại thiết kế, phải in lại toàn bộ mô hình lớn mỗi lần, và khi hỏng cũng phải thay cả chi tiết lớn hơn
- Để dễ tạo mẫu thử hoặc sửa chữa, cũng có thể chọn giữ lại một số chức năng thành các chi tiết riêng biệt
-
zip tie channel và flexure
- Thêm một zip tie channel nhỏ trên bề mặt chi tiết có thể giúp cố định cáp hoặc dây
- Cần tính đến hướng in cho zip tie channel; nếu perimeter nằm theo hướng không bridge qua channel thì sẽ yếu hơn và phần bridge có thể bị rách
- flexure là một yếu tố thiết kế tích hợp chuyển động bằng cách tận dụng tính đàn hồi của chi tiết
- Do cần hình dạng mỏng nên rất phù hợp với in 3D
- Với chuyển động lớn, flexure mỏng thường có lợi hơn flexure dày, còn lực có thể tăng bằng cách xếp nhiều flexure mỏng song song
- Quãng dịch chuyển có thể tăng bằng cách kéo dài chiều dài hoặc làm thành dạng uốn lượn như con rắn
- Cần thiết kế flexure để không bị biến dạng dẻo trong quá trình sử dụng, và phải có hard stop để ngăn chuyển động quá mức và hư hỏng
-
clip, living hinge, print-in-place
- clip cho phép ghép các chi tiết mà không cần phần cứng liên kết bổ sung nên cũng được dùng thường xuyên trong thiết kế cho in 3D
- Khi thiết kế clip, cần cân bằng giữa quãng dịch chuyển, lực giữ, kích thước hình dạng và hướng in
- Clip được tạo cắt ngang các layer có thể rất yếu
- Trong nhiều trường hợp, giảm chuyển động và giữ bằng lực sẽ là phương án tốt hơn
- Với form-locking clip, cần chừa không gian để có thể tháo bằng công cụ như screwdriver
- living hinge là bản lề chuyển động nhờ biến dạng của nhựa chứ không phải quay quanh một trục riêng
- Để tấm nhựa mỏng biến dạng ổn định, bản lề phải được đặt phẳng trên bàn in, còn living hinge tạo bằng bridge layer thì hoạt động không tốt
- print-in-place mechanism là cách in một lần nhiều chi tiết ăn khớp với nhau mà không cần lắp ráp
- Có thể tạo cả những khớp mà sau khi in xong không thể lắp được, nhưng độ phức tạp thiết kế cao và hướng in bị cố định nên khó tránh support và khó thiết kế độ bền
- Có thể thêm break-away surface để đỡ các hình dạng bị treo
- Clearance giữa các feature ăn khớp khoảng 0.3mm có vẻ là mức mà phần lớn máy in hiện nay có thể in được
Các yếu tố cơ khí vượt ra ngoài nhựa
-
Liên kết bằng vít
- Liên kết vít trong chi tiết nhựa in 3D hoạt động khác với liên kết kim loại
- Trong mối nối kim loại-kim loại, preload sinh ra do vít bị kéo giãn, nhưng trong thermoplastic in 3D, chi tiết mềm hơn vít rất nhiều nên phần lớn preload đến từ sự nén của nhựa
- Nếu cố đạt mức preload cần thiết, chi tiết in có thể nhanh chóng chạm đến giới hạn chảy và bị biến dạng
- Với tải tĩnh thì thường là đủ, nhưng với tải động như rung hoặc va đập thì có thể cần screw locking
- lock nut
- threadlocking adhesive
- Nên thiết kế vít dài nhất có thể
- Vít dài giúp chi tiết dễ nhận preload nén hơn là chịu kéo, và để siết quá tay thì phải vặn nhiều hơn nên giảm khả năng vô tình overtighten
-
Lựa chọn thread cho chi tiết in
- Có thể tạo ren cho chi tiết in bằng thread tap
- Cách này phù hợp với thiết kế nhanh và các mối nối có tần suất tái sử dụng thấp, nhưng ren nhựa rất dễ hỏng khi overtightening và không phù hợp với việc lắp ráp lặp lại
- Thread lớn từ M8 trở lên cũng có thể được mô hình hóa trong CAD rồi in ra, nhưng chất lượng không phải lúc nào cũng tốt
- rib thread forming là sự kết hợp giữa khái niệm crush rib và vít tiêu chuẩn
- Vít sẽ làm biến dạng rib để tự tạo thread, phù hợp với loại ren ít tái sử dụng và không cần gia công hậu kỳ
- heat-set threaded insert là cách đưa ren kim loại bền và có thể tái sử dụng vào trong chi tiết
- Nó bền hơn ren nhựa, ít bị hỏng do overtightening hơn và chịu được lắp ráp lặp lại tốt
- Với cấu trúc đưa vít từ mặt sau vào thì có thể khó dùng ổn định
- embedded nut là một phương án thay thế rẻ tiền, đưa đai ốc tiêu chuẩn vào chi tiết in
- Rất hợp với through-joint dùng vít dài, và có thể đưa vào bằng sideface cutout hoặc backface hex pocket
- Đai ốc có thể rơi ra trong quá trình lắp ráp; cũng có thể chèn đai ốc giữa chừng khi in để bịt lại, nhưng điều đó làm tăng độ phức tạp của cả quá trình in lẫn lắp ráp
- Độ bền của ren trong đa số trường hợp đều vượt yêu cầu thiết kế, và những yếu tố khác thường quan trọng hơn
-
dowel pin và embedded hardware
- dowel pin là phần tử tiêu chuẩn trong thiết kế cơ khí truyền thống để định vị chính xác và lặp lại giữa các chi tiết
- Trong in 3D, do dung sai nên mức chính xác đó ít cần thiết hơn, đồng thời cũng khó tạo engineering fit cho pin fit nên phạm vi sử dụng bị hạn chế
- Khi cần, các phương án thay thế có thể là lỗ lục giác, crush rib hoặc gia công hậu kỳ
- Cách chèn phần cứng trong lúc in hoạt động theo trình tự sau
- Chừa một cavity trong thiết kế để đặt chi tiết
- Trong slicer, đặt lệnh pause ngay trước layer nằm trên cavity
- Khi pause thì chèn phần cứng vào
- Tiếp tục in để nhốt phần cứng vào bên trong
- Ví dụ gồm Modern Gridfinity Case có chèn tấm transparent PETG, trapped fastener, magnet và metal mesh
- embedded hardware có thể tránh phải thêm mối nối hay cơ cấu liên kết khác, nhưng nhược điểm là thường khó lấy ra hoặc thay thế mà không phá hủy
-
In lên fabric
- Tích hợp fabric vào vật in có thể tạo ra các chi tiết có độ linh hoạt, nên được dùng cho wearable hoặc cosplay
- Cách phổ biến là sau khi in khoảng 2~3 layer thì pause, phủ tulle fabric lên trên các layer đầu tiên rồi tiếp tục in
- Layer mới sẽ nóng chảy liên kết với layer bên dưới, đồng thời cố định từng phần in vào fabric
- Có thể điều chỉnh độ linh hoạt của sản phẩm bằng cách bố trí và định hình các phần hình học đặc được in ra
Thiết kế ngoại quan và bề mặt
-
Hình dạng phức tạp và shadow line
- Trong in 3D, việc thêm các hình dạng bề mặt phức tạp không làm chi phí sản xuất tăng nhiều, và thời gian thiết kế mới là gánh nặng chính
- Trong phạm vi tuân thủ các ràng buộc về overhang và support, không có lý do gì phải bị ràng buộc vào hình dạng linh kiện chức năng truyền thống chủ yếu gồm đường thẳng và góc vuông
- Các hình dạng phức tạp hoặc hữu cơ không chỉ hữu ích về mặt thẩm mỹ mà còn hữu dụng cho thiết kế công thái học
- Có thể tạo shadow line tại edge nơi hai bộ phận gặp nhau
- Các bề mặt tiếp xúc trực tiếp sẽ khiến seam trông không đều do lỗi bề mặt
- Nếu tạo một gap lớn đồng đều và giấu điểm tiếp xúc cơ khí thực sự phía sau một lip nhỏ, ngoại quan sẽ đồng đều hơn
- Nếu cần dust protection, có thể thêm lip ở phía trong để tạo thành dạng giống labyrinth seal
- Với các bộ phận ăn khớp theo góc như lid và box, cũng có thể tạo shadow line bằng cách dùng offset đồng đều và alignment rib bên trong
-
surface texture và text
- Bề mặt thẳng đứng của chi tiết in 3D làm layer line nổi bật hơn
- Các print bed đặc biệt như textured steel sheet có thể cải thiện texture của mặt đáy, nhưng chỉ áp dụng cho một mặt của chi tiết
- Để mọi mặt trông đồng đều hơn, có thể xoay chi tiết theo đường chéo so với print bed
- fuzzy skin là tính năng thêm độ không đều vào perimeter của mỗi layer để làm layer line bớt nổi bật
- Nếu điều chỉnh đúng, nó cũng cho cảm giác chạm tốt hơn nên thường được dùng cho grip và handle
- Có thể dễ dàng thêm text hoặc symbol vào chi tiết in
- Trong các thiết kế lớn, có thể in part number và revision index để giảm nhầm lẫn
- Với text, engraving sạch hơn embossing, và sự khác biệt càng lớn khi kích thước chữ càng nhỏ
- Nếu đặt text vuông góc với mặt in, nó sẽ được in như một phần của perimeter line nên cho chi tiết tốt nhất
- Hầu hết máy in đều có thể in text với 0.6mm là stroke width tối thiểu và 0.5mm là engraving depth mà không gặp vấn đề
Thiết kế cho vase mode
- vase mode in ra hollow shell bằng single perimeter line, và đặt filament theo dạng xoắn ốc bằng cách từ từ nâng chiều cao Z thay vì in từng layer riêng lẻ
- Ưu điểm gồm:
- 100% thời gian in được dùng cho đùn vật liệu
- Không có seam giữa các layer riêng lẻ
- Máy in không dừng lại nên không phát sinh vấn đề stringing
- Cần ít nhựa hơn để thể hiện hình dạng của chi tiết nên nhanh hơn
- Giảm lượng filament sử dụng, nhờ đó có thể tạo chi tiết nhẹ hơn
- Nhược điểm là không có hỗ trợ bên trong nên chi tiết trở nên rất kém ổn định
- Đối với độ bền của chi tiết vase mode, hình dạng bề mặt là yếu tố quan trọng nhất
- Bề mặt phẳng hoặc chỉ cong theo một hướng là yếu nhất
- Hình dạng phức tạp có thể cho độ bền cao hơn
- beading pattern là mẫu giúp làm cứng hơn các chi tiết dạng sheet-material mỏng, và có thể dùng để tăng độ cứng cho chi tiết vase mode
- Cũng có thể xem vase mode như một cách điều khiển cực kỳ chính xác đường đi đùn của máy in
- Có thể tạo ra những hình dạng không giống chi tiết vase mode thông thường, như stackable tray của FPacheco
- Vẫn giữ được lợi thế 100% thời gian in của vase mode
- Với các chi tiết sản xuất số lượng lớn, tác động này có thể rất đáng kể
Cách áp dụng các quy tắc
- Các quy tắc thiết kế này có thể dùng làm giá trị mặc định tốt, nhưng không phải là luật bất biến
- Tùy tình huống, những lựa chọn khác có thể tốt hơn, và người thiết kế cần đánh giá tổng thể tải trọng, dung sai, khả năng in, lắp ráp, sửa chữa và chi phí
- Nếu nhận được đủ sự quan tâm, cũng có ý tưởng phát triển nó thành một open-source book để nhiều người cùng bổ sung và chỉnh sửa quy tắc
3 bình luận
Trong số những tài liệu tôi từng xem, đây có vẻ là một trong số ít tài liệu chứa đựng thông tin chuyên sâu thực sự rất tốt. Thật vui khi có thể đọc được những nội dung như thế này bằng tiếng Hàn..
Về phần ren vít, tiếc là vì tôi vẫn còn là người mới nên đang dùng cách được truyền miệng theo kinh nghiệm từ những người xung quanh: không tạo ren riêng, mà làm một trụ tròn hẹp hơn đường kính vít khoảng 0,4mm, rồi thêm một đoạn chamfer góc lớn, ngắn ở miệng vào. Không biết anh/chị nghĩ thế nào về cách này?
Ví dụ nếu là M3 thì tôi dùng lỗ 2,6mm, và tạo chamfer 80°, dài 0,3mm ở miệng vào. Với SLA thì tôi cho độ dày thành trụ từ 2mm trở lên, còn FDM thì dù tôi không rõ chính xác thông số của người đã in giúp, nhưng với FDM cũng làm được.
Đây không phải là chi tiết đòi hỏi độ bền cơ học cao hay chịu lực lớn, mà gần với kiểu cố định đơn giản, nhưng thấy sau vài lần làm rơi mà vẫn không sao nên có vẻ tốt hơn mong đợi.🤔
Nếu không phải là bộ phận cần tháo lắp liên tục, thì miễn là cẩn thận với vấn đề bị tách lớp theo hướng layer, việc vặn vít vào một trụ đơn giản theo cảm nhận của tôi cũng không có vấn đề gì đáng kể.
Trong trường hợp cần tháo lắp lặp đi lặp lại, có vẻ nên dùng insert hơn là in luôn cả ren.
Ở tab ý kiến,
"Với cách tạo ren trực tiếp trên chi tiết in, vít gỗ tỏ ra hiệu quả.
Vít gỗ có thể tự tạo ren mà không cần taro.
Nếu in bằng PETG thì độ bền đủ tốt, nhưng PLA có thể bị nứt ở các lỗ song song với lớp in"
Tôi đồng ý với phần này.
Ý kiến trên Hacker News
Bài viết xuất sắc. Vượt xa mặt bằng linh kiện trung bình đăng trên Thingiverse hay Printables, nhưng các linh kiện tốt thường sẽ đi theo những ý tưởng tương tự
Tai chuột, lỗ ép khít, và cách căn chỉnh từng lớp theo từng bước để tạo các bridge tưởng như không thể là những điểm đặc biệt hay
Trong Fusion 360, tất cả những thứ này có lẽ sẽ được thiết kế bằng chế độ “plastics”, và điều thú vị là chế độ đó hoàn toàn không quan tâm linh kiện sẽ được in ra hay được làm bằng khuôn
Với PCB thì tôi đã thấy kiểm tra quy tắc thiết kế nghiêm ngặt, cũng đã thấy macro cho kim loại tấm, nhưng trong CAD cơ khí thông thường thì tôi vẫn chưa thấy trường hợp nào hỗ trợ thiết kế có nhận thức về sản xuất, tức giới hạn thiết kế theo giới hạn của thiết bị tiêu chuẩn
https://github.com/WillAdams/gcodepreview
Công cụ cần dùng là https://pythonscad.org/, và đến nay tôi đã triển khai được hầu hết những gì mình thử
Tôi đang hoàn thiện một module mối ghép có thể cho phép tạo gần như mọi kết cấu gỗ, và kim loại có lẽ cũng không khác quá nhiều. Trước đây tôi cũng từng làm một chương trình cắt ren dạng chứng minh khái niệm
Vẫn chưa rõ hình hài thực tế hay cách nó đi vào quy trình làm việc sẽ như thế nào
Nếu dùng extension phù hợp, cũng có thể thiết lập quy tắc thiết kế kiểu EDA cho linh kiện ép phun
Cũng có nhiều phần mềm chuyên phân tích thiết kế cho ép phun, nhưng giá thì còn rất xa tầm người dùng hobby
Nhưng thiết kế cuối cùng của linh kiện 3D quá phi quyết định, còn phương pháp sản xuất thì rất đa dạng và đặc thù, nên có thể tạo ra nhiều vấn đề hơn lợi ích
Kỹ sư cần hiểu linh kiện được tạo ra như thế nào, nếu không biết thì trao đổi với thợ máy, và phải cân bằng giữa độ phức tạp thiết kế với yêu cầu kỹ thuật
Bài viết đáng kinh ngạc. Nhắc lại lần nữa, thật sự đáng kinh ngạc
Tôi đã mày mò máy in 3D trong 7 năm, và trong thời kỳ đại dịch còn tự lắp một chiếc ở nhà. Một số chủ đề được giải thích ở đây tôi đã tự rút ra qua thực hành, và phần lớn những người có kinh nghiệm in 3D có lẽ cũng học theo cách đó
Nhưng việc nghiên cứu, sắp xếp và giải thích tất cả những điều đó ở mức độ này thì thật sự tuyệt vời. Hơn nữa, bài còn đề cập đến nhiều chủ đề mà tôi vẫn cần học thêm
Bài viết tuyệt vời. Nó tóm tắt gọn gàng nhiều mẹo đã tích lũy qua nhiều năm
Một mẹo hữu ích khác để giảm vật liệu của bản in là hoàn toàn không in bề mặt. Phần lớn khối lượng của bản in tập trung ở vỏ ngoài, nên nếu bề mặt trên hoặc dưới không quan trọng với chức năng của chi tiết, bạn có thể loại bỏ một trong hai
Slicer vẫn có thể lấp đầy thể tích được các bề mặt đó bao quanh bằng cấu trúc infill, và nếu dùng các mẫu infill phẳng như rectilinear, hexagonal hoặc triangular thì kết quả trông cũng khá đẹp. Cách này đặc biệt hiệu quả với các chi tiết nhìn chung là phẳng
Tôi đang dùng hằng ngày hai chi tiết TPU được in theo cách này: ốp điện thoại [0] và dây giảm áp lực cho tai nghe [1]
[0] https://www.printables.com/model/615154-google-pixel-8-case
[1] https://www.printables.com/model/577575-hifiman-comfort-stra...
Đây là bài viết về in 3D hay nhất trên HN trong vài năm qua
Nhiều cân nhắc thiết kế được giải thích ở đây thuộc nhóm cơ cấu đàn hồi
https://en.wikipedia.org/wiki/Compliant_mechanism
https://www.youtube.com/results?search_query=compliant+mecha...
Những mẹo rất hay. Việc sau khi Bambu xuất hiện, các công cụ như slicer và các máy in dòng CoreXY đều nâng cao tính dễ dùng, khiến toàn bộ lĩnh vực đang dần đi theo hướng chỉ cần in là được, cũng là một yếu tố có ích
Nhờ vậy, nó đang tác động tích cực đến việc tiếp cận, tạo mô hình và toàn bộ hệ sinh thái
Tôi đã thiết kế nhiều linh kiện bằng Fusion 360 và in gần 10 năm nay, vậy mà vẫn học được vài mẹo hay ở đây
Một mục quan trọng mà tôi nhất định muốn bổ sung ở đây là lựa chọn filament. Các loại filament hiện đại như PC-CF, tức polycarbonate gia cường sợi carbon, linh hoạt đến mức khó tin đối với sản phẩm in và linh kiện thực tế
Với máy in tiêu dùng cao cấp, dù cần đầu in đạt khoảng 300°C và nozzle thép tôi cứng, việc in vẫn tương đối dễ. Ngoài PLA tiêu chuẩn còn có nhiều loại filament khác, không làm chi phí in đắt gấp 10 lần nhưng lại nổi bật ở nhiều khía cạnh
Slicer cũng đang khá hơn nhiều khi có nhiều công sức được đổ vào việc cải thiện chất lượng in, tốc độ và độ bền linh kiện
Cũng rất vui khi cnckitchen được nhắc đến nhiều lần. Đây là một nguồn tư liệu tuyệt vời để nghiêm túc theo dõi và học hỏi các xu hướng mới của in 3D cùng những bài đánh giá ít thiên lệch
Chất lượng mô hình trên Printables và Thingiverse cũng đang thực sự tốt lên, và thật đáng khích lệ khi ngày càng có nhiều thiết bị tải về rồi chỉ cần in là hoạt động hoàn chỉnh mà không cần linh kiện bên ngoài, tức các bản in tại chỗ và linh kiện in một lần
Khi AI tạo sinh hiểu được mô hình hóa đối tượng và các nguyên lý CAD, tôi nghĩ mô hình linh kiện chức năng cũng sẽ bùng nổ, giống như các mô hình tham số hóa đang trở nên phổ biến hơn
Dùng rồi mới nhận ra với Ender, tôi lúc nào cũng chỉ chỉnh sửa máy in chứ thực ra gần như không in gì
Với Bambu, ngoài việc thay đổi mức chất lượng mong muốn, tôi không cần thiết lập thủ công. Có một lần với một đoạn bridge rất dài, thiết lập mặc định vẫn ổn, nhưng tôi muốn nó bám chặt hơn nên chỉ thử vài lần và tinh chỉnh một chút
Về phần “để nhanh chóng thiết kế mối ghép ít khi tái sử dụng, hãy taro ren cho chi tiết in”, tôi nhận ra vít gỗ rất phù hợp. Không cần dùng taro, vít gỗ cũng có thể tự tạo ren
Tuy nhiên nó tạo một chút ứng suất lên chi tiết. Tôi chủ yếu in bằng PETG và mức này đủ bền, nhưng với PLA, nếu lỗ song song với các lớp thì có thể bị nứt
Với hạn chế “insert ren khó dùng ổn định khi đưa vít vào từ phía sau”, có một mẹo thỉnh thoảng tôi dùng
Trước khi đặt insert, hãy lắp vít từ phía sau trước, vặn insert vào phần vít nhô ra, rồi dùng mỏ hàn đưa cả insert lẫn vít vào nhựa
Vì vít đang lấp đầy lỗ, nhựa nóng chảy không thể bịt lỗ lại. Thay vào đó, nhựa nóng chảy hình thành quanh vít và hoạt động giống như đai ốc Nyloc
Nhiệt ma sát phải đủ để làm nhựa chảy và tạo hình quanh vít. Chờ đến khi nguội rồi tháo vít ra là được
Tuy nhiên tôi hiếm khi thiết kế với mục tiêu dễ mang theo, và thường in vài mẫu thử để tìm kích thước lỗ phù hợp với máy in của mình
Trên Small Parts hay Amazon, các lựa chọn số lượng nhỏ dưới 1000 con có thể khá nghèo nàn, nhưng từ năm ngoái Bambu đã bắt đầu bán các gói nhỏ với giá hợp lý
Tôi biết trong cộng đồng HN, Bambu Labs bị chửi khá nhiều, nhưng chiếc Bambu Labs P1S của tôi thật sự tốt đến mức gây sốc. Nó quá dễ dùng nên tôi in nhiều hơn thời dùng Ender trước đây chắc phải gấp 100 lần
Nhờ vậy tôi cũng học Fusion 360, và ngay lúc này cũng đang in một con droid cho bọn trẻ tô màu
Những người thích mày mò chính cái máy in thì thích và khuyên dùng nó. Vì việc làm cho thiết bị chạy ổn định đã trở thành một kỹ năng riêng gọi là in 3D. Đó là vấn đề khác với các cân nhắc thiết kế được nói trong bài
Tôi nghe nói Bambu tốt hơn nhiều. Tôi dùng Raise3D E2 cùng thời Ender và nó rất ổn định. Giá cao hơn một bậc, nhưng không phải chỉnh sửa gì; lúc mới mua cũng như bây giờ, nó cứ thế hoạt động
Đó là nơi Bambu đã fork một phần đáng kể phần mềm, và sau các bản cập nhật gần đây thì dùng cũng dễ tương tự, rất ổn định và cũng dễ bảo trì
Gần đây họ còn bổ sung sản xuất tại Mỹ, và có vẻ cũng có thể mua Core ONE sản xuất tại Mỹ. Tính đến thuế quan, chẳng bao lâu nữa nó có thể còn rẻ hơn một mẫu Bambu tương đương
Có thể sẽ có người phàn nàn rằng cứ bài nào về in 3D cũng có fanboy Prusa xuất hiện, nhưng có lý do khiến công ty đó tạo ra sự gắn bó như vậy. Tôi đã in hàng nghìn giờ với MK4(S) mà không gặp vấn đề gì, và việc họ cung cấp bộ nâng cấp để chuyển sang mẫu đời mới tiếp theo cũng khá tuyệt
Ngược lại, chiếc Ender 5 của tôi luôn chạy liên tục, và chưa bao giờ phải dừng quá một hai ngày để chờ linh kiện thay thế từ Amazon, giá từ vài xu đến nhiều nhất khoảng 20 đô la
Tôi không nghĩ Bambu làm ra máy in kém ổn định. Ngược lại, nhìn chung đó là những cỗ máy tuyệt vời, đáng tin cậy hơn Creality rất nhiều
Chỉ là nó giống xe thể thao. Nó gần với sản phẩm nhắm đến người muốn thứ gì đó nhanh và hào nhoáng, sẵn sàng giải quyết vấn đề bằng tiền, hoặc kiểu kỹ thuật viên có thể đem ra đường đua rồi tự bảo dưỡng
Vấn đề là máy in Bambu được quảng bá và khuyến nghị là tốt cho người mới bắt đầu. Đúng là nó giúp người không rành kỹ thuật bước vào in 3D dễ hơn, nhưng cuối cùng tôi nghĩ đa số sẽ thất vọng vì thiếu khả năng tùy biến trong phạm vi được phép, hoặc vì thời gian/công sức/chi phí cần để chẩn đoán và sửa chữa khi có sự cố
Vấn đề là hiện họ đang đóng dần hệ sinh thái, và không biết tương lai sẽ đi về đâu
Ngoài ra, so một máy in mới nhất với một chiếc Ender cũ là rất bất công. Nên so các công nghệ hiện tại tương đương với nhau
Khoảng 10 năm trước tôi bắt đầu in 3D với những chiếc Taz đầu tiên, và trải nghiệm đó làm tôi hoàn toàn kiệt sức
Tua nhanh đến một tháng trước, tôi mua Prusa Core One và thích nó đến mức mua luôn cả XL 5-toolhead. Dùng một chiếc máy in “cứ thế chạy” thật sự rất vui
Tuần trước tôi đã hoàn thành một bản in kéo dài 6 ngày: https://www.reddit.com/r/prusa3d/comments/1kb3p0w/xl_full_be...
Bài viết tuyệt vời và tôi học được rất nhiều. Để đọc bổ sung, tôi nghĩ Structures của J. E. Gordon rất hay
Nó giúp tôi hiểu nhiều khái niệm thiết kế cơ khí cần cho loại công việc này
[0]: https://archive.org/details/StructuresOrWhyThingsDontFallDow...
Trước đây phải cẩn thận hơn nhiều với các góc sắc
Khi in góc sắc, hotend phải giảm tốc cho đến khi dừng rồi tăng tốc theo hướng mới. Trong khoảng thời gian này, nhựa sẽ rỉ thêm một chút khỏi vòi phun
Làm góc bo tròn sẽ giúp quá trình chuyển hướng này mượt hơn
Máy in ngày nay thường có pressure advance, nên giờ chuyện đó ít quan trọng hơn nhiều
Tôi nghĩ lợi ích lớn nhất trên các máy in giá rẻ đời mới là input shaping và tinh chỉnh cộng hưởng. Vì nó cho phép dùng gia tốc và tốc độ cao hơn ngay cả trên thiết bị kém cứng vững về mặt cơ khí
Tiếp theo là việc giảm lựa chọn slicer và buộc dùng filament theo thương hiệu. Khi loại bỏ lựa chọn, việc tạo các profile slicer có thể lặp lại sẽ dễ hơn. Tôi đã dùng cùng các profile slicer cơ bản với filament Atomic trong gần 10 năm
Trong xưởng của tôi, chúng tôi vẫn không dùng pressure advance hay input shaping. Thay vào đó, chúng tôi chế tạo máy có khung rất cứng
Theo những gì tôi thấy, khung và bộ truyền động càng cứng thì lợi ích của input shaping càng giảm. Máy in hiện tại của tôi khoảng 10 năm tuổi nhưng vẫn rất chắc chắn
Nó dùng truyền động vít me nên không nhanh bằng CoreXY, nhưng chất lượng in tốt và có vùng in hình lập phương 320mm. Không cần pressure advance hay các tính năng thần kỳ khác, nó vẫn in PLA ở 100mm/s, di chuyển ở 150–200mm/s, và extruder cũng khá nặng