Wybór odpowiedniego filamentu to tylko część równania decydującego o tym, czy gotowy wydruk wytrzyma obciążenia, jakim ma być poddawany.
Dwa egzemplarze tego samego modelu, wydrukowane z tego samego materiału, mogą różnić się wytrzymałością nawet kilkukrotnie – w zależności od ustawień wypełnienia, orientacji druku i grubości ścianek zewnętrznych.
Wypełnienie wewnętrzne – nie zawsze więcej znaczy lepiej
Standardowe wypełnienie w druku FDM mieści się zwykle w przedziale 15–30% dla elementów użytkowych, choć w wielu zastosowaniach 100% wypełnienia wcale nie daje proporcjonalnie wyższej wytrzymałości względem czasu i materiału, jaki trzeba na nie zużyć. Przy obciążeniach zginających większe znaczenie ma często grubość ścianek zewnętrznych (tzw. perymetrów) niż gęstość wypełnienia wewnętrznego – dwie lub trzy dodatkowe warstwy ścianki zewnętrznej potrafią zwiększyć sztywność elementu bardziej niż podwojenie wypełnienia przy tej samej ilości zużytego materiału.
Wzór wypełnienia dopasowany do obciążenia
Rodzaj wzoru wypełnienia – siatka, plaster miodu (honeycomb), gyroid czy linie proste – wpływa na to, jak element zachowuje się pod różnymi kierunkami obciążenia. Wzór typu gyroid rozkłada naprężenia równomiernie we wszystkich kierunkach, co sprawdza się przy elementach obciążanych w nieprzewidywalny sposób, podczas gdy wzory liniowe dają wyższą wytrzymałość w jednym konkretnym kierunku kosztem słabszej odpowiedzi na obciążenia w pozostałych osiach.
Orientacja druku i anizotropia warstw
Wydruk FDM z natury technologii jest anizotropowy – warstwy łączą się ze sobą słabiej niż materiał w obrębie pojedynczej warstwy. Oznacza to, że ten sam element może być wielokrotnie mocniejszy w jednym kierunku niż w drugim, w zależności od tego, jak zorientowano go względem stołu podczas druku. Element obciążany wzdłuż osi Z (prostopadle do warstw) pęka znacznie łatwiej niż ten sam element obciążany w płaszczyźnie warstw – dlatego świadomy wybór orientacji druku bywa równie istotny co wybór materiału, szczególnie przy częściach mechanicznych przenoszących realne obciążenia.
Temperatura druku i adhezja między warstwami
Zbyt niska temperatura dyszy prowadzi do słabszego złączenia kolejnych warstw ze sobą – materiał nie zdąży się wystarczająco rozgrzać, żeby dobrze wtopić się w poprzednią warstwę, co skutkuje elementem podatnym na rozwarstwienie pod obciążeniem. Zbyt wysoka temperatura z kolei może powodować nadmierne wycieki materiału i pogorszenie dokładności wymiarowej. Właściwy zakres temperatur zależy od konkretnego materiału i jest zwykle podawany przez producenta filamentu, ale w praktyce optymalne ustawienie różni się nieznacznie między różnymi drukarkami, nawet przy tym samym materiale.
Praktyczny wniosek
Przy zamawianiu elementu, który ma pełnić realną funkcję mechaniczną – a nie tylko dekoracyjną – warto od razu zaznaczyć, do czego dany wydruk będzie używany i w jakim kierunku spodziewane są główne obciążenia. Ta informacja pozwala dobrać orientację druku, wzór wypełnienia i grubość ścianek pod konkretne zastosowanie, zamiast polegać na domyślnych ustawieniach, które sprawdzają się dobrze przy elementach dekoracyjnych, ale niekoniecznie przy częściach przenoszących realne siły. Pełne zestawienie parametrów materiałowych dostępne jest na 3dpunkt.pl/druk-3d-fdm/materialy.