3Dプリントパーツの反り防止: エキスパート設計ヒント

3Dプリント向け設計(DF3DP)は、あらゆるFFFプリンターで実証済みのヒントとテクニックを共有するブログシリーズです。コスト削減、プリント時間短縮、初回で狙い通りのパーツを得ることを目指します。

FFFマシンでプリントしたことがあるなら、大型や奇妙な形状のパーツが反るのを見たことがあるでしょう。反りは後処理やトリミング、平らであるべきベースが歪んだまま妥協することを強います。

反りは特定プリンターの欠陥ではなく、熱変形の結果です。熱可塑性プラスチックは加熱で膨張し、冷却で収縮します。FFFでは層が熱い状態で堆積し、その後冷却されるため、新しい層がすでに硬化した材料を引っ張ります。蓄積した応力でパーツがカールしたり、ビルドプレートから浮いたりします。

マシン側でパーツを温かく保ち反りを防ぐ2つの実用的対策は、ヒートベッドとヒートチャンバーです。これらはプリント全体を安定温度に保ち、反りを駆動する冷却収縮を排除します。接着剤(私たちが使っているものなど)と緩やかな冷却も役立ちます。パーツがプレートに接着したまま収縮するからです。

しかし、最も効果的な戦略は設計段階から始まります。3Dプリンターにも他の製造法と同じように制限があります。たとえば、FFFマシンが生成できる最小フィーチャーはノズルサイズとガントリー精度で決まります。設計がこれらの限界を押し広げると、反りはほぼ避けられません。以下の5つのガイドラインで、プリント中に平らを保つパーツ設計を支援します。

1. フィレットと丸み形状を使う

鋭いコーナーは応力を集中させます。長い薄いセクションが収縮すると、コーナーが剥がれ、多くの反り例で見られる典型的な「カール」を生みます。鋭いエッジをフィレットに置き換えると、応力を広い領域に分散し、単一点への引っ張りを減らせます。

テストピースで全コーナーにフィレットを追加したところ、反りがほぼ半減しました。丸みを帯びた底面は、ビルドプレートからの取り外しを容易にする小さなリップも生みます。

修正後、パーツは平らを保ち、最小限の後処理のみで済みました。

2. 最大面を下向きに配置

各層は収縮したがる材料を追加します。上向きに断面積が増える場合、下層は上層からのより大きな引っ張りを受け、反り力が増幅されます。最大面を下にしてプリントすると、荷重がより均等に分散し、ビルドプレートとの接触面積が増えて密着性が向上します。

同じ切頭角柱を逆さまにプリントしたところ、完全に平らな底面が得られ、反りはゼロでした。

3. ブリムを追加

ブリムはパーツ底面を囲む追加材料層です。実効底面積を拡大し、パーツを浮かせる応力を吸収する「バッファー」として機能します。

ブリムはサポート構造の堅固な基盤も提供し、収縮時のサポートのカールを防ぎます。ブリムが反りの大部分を吸収し、メインパーツを平らに保ちます。

4. 必要に応じてカスタムブリムを設計

標準ブリム設定では不十分な場合があります。特に不規則な接触点を持つ複雑形状では。そんなとき、パーツの主要コーナーに小さな丸みを帯びた「ドット」を追加してカスタムブリムを作成します。これらのドットが重要領域の表面積を増やし、プリントをより確実にアンカーします。

カスタムブリムは内蔵オプションと同等に機能し、複雑な設計に最適です。

5. 複合ファイバーで底層を補強

Markforged Mark Twoはプリント内に連続ファイバーを配置でき、剛性と寸法安定性を劇的に向上させます。最初の数層にファイバーを入れると、ベースが固定され、パーツが反ることはほぼ不可能になります。

最大効果を得るには、底面と上面の両方にファイバーを配置します。このサンドイッチ構造は、複合設計ガイドで説明したようにねじり強度を最適化します。

補強されたテストピースは、設計変更なしで平らを維持しました。

追加ヒント: Onyxでプリントして寸法安定性を確保

Onyxはマイクロカーボン補強ナイロンで、標準ナイロンより熱変形に強いです。Onyxでプリントしたパーツは反りが大幅に少なく、ファイバー補強なしでより寸法安定した結果が得られます。

私たちが提供するSTLとMFPファイルでこれらのテクニックを試し、結果を共有してください。質問や今後の記事への提案があれば、printstronger@markforged.comまでメールでお知らせください。