FDM部品を設計する際に考慮すべきトップ10のヒント

熱溶解積層法（FDM）は、愛好家、サービスビューロー、OEMに最も人気のある3D印刷技術の1つです。低コストのプロトタイピングから機能部品まで、FDMはさまざまなアプリケーションに最適であり、優れた設計の柔軟性を提供します。

ただし、より高い精度と正常に印刷されたFDMパーツを実現するには、設計者とエンジニアはFDMの設計の可能性と制限を考慮する必要があります。最高の印刷結果を保証するために、FDMの設計時に考慮すべき上位10項目のリストをまとめました。

FDM印刷プロセス

溶融堆積モデリングは、加熱されたノズルからビルドプラットフォームにフィラメントを押し出すことで機能します。材料が堆積すると、それは冷却して固化し、材料の固体層を形成します。このプロセスは、最終的なオブジェクトが完成するまで、レイヤーごとに繰り返されます。

FDMは通常、さまざまな製品グレードの熱可塑性材料で機能しますが、一部の金属フィラメントも使用できます。また、3DプリントされたFDMパーツは通常、表面が粗く仕上げられるため、より滑らかな表面を実現するには、何らかの形の後処理が必要になることにも注意してください。

FDMを設計する際の10のヒント

1。デザインを水密にする

FDMデザインが水密であること、つまり3Dモデルの表面に穴がないことを確認することが重要です。防水設計を使用すると、パーツの印刷適性に影響を与える可能性があります。非防水モデルは3D印刷できません。そのため、印刷する前に設計を確認することが重要です。 RPプラットフォームの自動化ソフトウェアは、防水の問題やその他のSTLファイルエラーを簡単にチェックできます。

2。サポート構造

多くの場合、FDM設計には、急なオーバーハング、ブリッジ、穴、中空セクションなどの複雑な機能が含まれている場合があります。ビルドの失敗を防ぐために、これらの機能にはサポート構造が必要です。サポートは製造プロセスに時間とコストを追加し、削除後にマークを残すため、一般的にサポートを削減または回避する方が簡単です。ただし、多くの場合、サポート構造の使用は、複雑なジオメトリを印刷できるため、回避できません。

FDMのパーツを設計するときは、45度のルールを適用することをお勧めします。印刷プロセス中にパーツが破損しないように、角度が45度未満のフィーチャをサポートする必要があります。もう1つ覚えておくべきことは、サポートの壁は、パーツに十分な強度を提供するために、少なくとも1.2〜1.5mmの厚さである必要があるということです。

3。壁の厚さ

FDM部品の最小肉厚は、フィラメントのサイズと3Dプリンターが提供するノズルの直径によって決まります。印刷を成功させるための経験則の1つは、ノズルの直径の2倍の厚さ、最低1.5〜2mmの厚さの壁を設計することです。

ただし、壁を厚くすると部品が強くなりますが、壁を厚くしすぎると、製造時間とコストが増加し、反りなどの印刷の問題が発生する可能性があります。ただし、パーツに厚い壁が必要な場合は、中実の壁ではなくクロスハッチの内部構造を設計して、材料を節約し、印刷時間を短縮できます。

4。穴

FDMプロセスは通常、小さめの穴を生成します。これは、たとえば、直径5mmで設計された穴が、直径約4.8mmで印刷される可能性があることを意味します。したがって、特大の穴を設計することをお勧めします。

通常、10mmまでの穴の場合、穴の直径を2％から4％大きくすることをお勧めします。穴の直径の精度が重要な場合は、穴を3D印刷して小さめに印刷し、ドリルで穴を開けて正しい直径を実現できます。

5。スレッド

スレッドを設計する際のベストプラクティスは、鋭いエッジと90度の角度を避けることです。 FDMに推奨されるねじのタイプは、29度のねじ（Acmeねじとも呼ばれます）で、ねじの厚さは0.8mm以上です。また、3D印刷するには、ネジ山の穴を3mmより大きくする必要があることに注意してください。

6。最小機能サイズ

FDMの小さなフィーチャーを設計する場合、読みやすさを確保するために、刻印された詳細の推奨フィーチャーサイズは厚さ1mm、深さ0.3mmです。柱とピンの最小サイズも設計段階で考慮する必要があります。これらの機能は、印刷可能にするために直径2mm以上である必要があります。

7。フィレットと面取り

FDMの材料は印刷プロセス中に加熱されるため、発生する温度変化が部品の変形につながる可能性があります。幸いなことに、フィレットや面取りなどの設計機能を使用すると、これらの問題を回避できます。成形品の下端に面取りを追加することで、熱応力をより均等に分散させ、反りや収縮を軽減できます。面取りを追加すると、パーツをビルドプラットフォームから簡単に削除することもできます。

面取りに加えて、フィレットを3Dモデルに設計して、印刷中の応力を減らし、成形品の強度を高めることができます。また、45度を超えるオーバーハング面に追加できるため、サポートが不要になります。

8。パーツの向き

パーツの向きは、パーツの表面品質と強度、および必要なサポートの数に影響を与える可能性があるため、考慮する重要なポイントです。

まず、上向きの表面の方が表面仕上げが優れている傾向があることに注意することが重要です。第2に、曲面や角度のあるサーフェスは階段状の効果（粗いサーフェステクスチャ）が発生しやすいため、このようなサーフェスをビルドプラットフォームと平行に配置して、この影響を最小限に抑えることができます。最後に、穴を垂直方向に向けることで、穴のサポートをなくすことができます。パーツに異なる方向に複数の穴がある場合、最初に止まり穴に焦点を合わせ、次に最小直径の穴に焦点を合わせることができます。

FDMパーツは異方性が高いため、XY軸のパーツはZプランよりもはるかに強力になります。強度を確保するために、脆いフィーチャーが表面に平行になるようにパーツを設計することをお勧めします。

9。組み立てのための設計

多くの場合、複雑な3Dモデルをいくつかの部分に分割し、別々に印刷して、後で組み立てることが理にかなっています。これにより、サポートの量が減り、後処理が簡素化されるだけでなく、印刷プロセスが高速化され、材料が節約されます。

10。インフィル率

充填率（％）は、印刷時にパーツを充填する材料の量を示します。最大の強度が必要な場合を除いて、FDMパーツに最大のインフィルを選択することはまれです。これは、材料費が高くなり、印刷速度が遅くなる可能性があるためです。充填率は部品の強度にも影響するため、充填率を選択する際には、FDM部品の用途を考慮することが重要です。たとえば、プロトタイプは低い充填率で製造できますが、最終部品は通常、強度を高めるためにより高い充填率を必要とします。

まとめる

FDMは、おそらく低コストのプロトタイピングおよび機能部品にとって最も費用効果の高いテクノロジーです。ただし、FDM印刷プロセスを最大限に活用するには、印刷物を本番環境に送信する前に、FDM印刷プロセスの設計ガイドラインを検討する必要があります。 FDMにはある程度試行錯誤のアプローチが含まれますが、これらの考慮事項を念頭に置くことで、プロセスの複雑さを軽減し、効率を大幅に向上させることができます。