白皮书
Formlabs Logo

Design specifications for 3D models (Fuse 1 generation)

Design specifications for 3D models (Fuse 1 generation)

成功的 3D 打印始于设计精良的模型。请遵循我们的最佳实践来优化设计和减少失败。

提示:

请参阅我们的 Fuse 系列 SLS 设计指南 [EN] [DE] [ES] [FR] [IT] [JA] [RU] [ZH],了解更多信息。

注:

本指南基于在 Fuse 1 上使用 Formlabs Nylon 12 Powder 材料进行打印而开发,与使用其他 Formlabs 材料或采用不同设置的情况略有差别。

最小无支撑壁厚

垂直壁面:0.6mm/600 微米
水平壁面:0.3mm/300 微米

无支撑壁面与其他壁面的连接区域不足两面。厚度未超过 0.6mm 的无支撑垂直壁面或厚度未超过 0.3mm 的无支撑水平壁面在打印过程中可能会翘曲或从模型上脱落。如果壁面较薄,则强度会降低。

图中模型显示了使用 Fuse 1 代打印机时无支撑垂直和水平壁面的最小厚度

最小受支撑壁厚

垂直壁面:0.6mm/600 微米
水平壁面:0.3mm/300 微米

受支撑壁面有两面或多面连接到其他壁面上。厚度未超过 0.6mm 的有支撑垂直壁面或厚度未超过 0.3mm 的有支撑水平壁面在打印过程中可能会翘曲或从模型上脱落。如果壁面较薄,则强度会降低。

图中模型显示了使用 Fuse 1 代打印机时受支撑垂直和水平壁面的最小厚度

销针/丝线的最小直径

建议值:0.8mm/800 微米直径

销针或丝线是一种长度比宽度至少大两倍的特征。直径未达到 0.8mm 的销针或丝线在打印过程中可能会变形或断裂。

图中模型显示了使用 Fuse 1 代打印机时的最小销针/丝线直径

注意:清理细小丝线

细小丝线很容易损坏,因此从料块中分离带细小丝线的打印部件时应格外小心。对与部件主体连接的边缘进行倒圆角处理可以降低损坏风险。

最小装配公差

小于 20mm2 的特征:0.2mm/200 微米
大于 20mm2 的特征:0.4mm/400 微米

间隙是指模型上两个部分之间的距离(如:一对齿轮之间的距离)。准备在打印后进行啮合或拼接的部件(如装配接头或齿轮)之间应留出一点间隙。

图中模型显示了使用 Fuse 1 代打印机时的最小装配间隙

集成装配间隙

小于 20mm2 的特征:0.3mm/300 微米
大于 20mm2 的特征:0.6mm/600 微米

间隙是指模型上两个部分之间的距离(如:一对齿轮之间的距离)。对于在集成组件中一起打印的部件,请留出间隙,以防止打印过程中部件熔融在一起。

图中模型显示了使用 Fuse 1 代打印机时的最小集成装配间隙

分离部件间隙

PreForm 软件中显示两个 SLS 部件的距离过近

最小值:1.0mm/1000 微米

建议值:5.0mm/5000 微米

间隙是指模型中的两个部件之间的距离量。其他独立且无交互的部件至少应相隔 5mm 放置,以将受到相邻部件热翘曲效应影响的程度降至最低。

最小孔径

建议值:1.0mm/1000 微米

在打印期间,X、Y 和 Z 轴直径小于 1.0mm 的孔可能会被封起来。孔的精度不仅取决于孔径,还取决于打印孔时穿过的壁厚。壁段越厚,孔的精度就越低。通孔还必须留有视线间隙,以确保在后处理过程中清除所有材料。

图中模型显示了使用 Fuse 1 代打印机时的最小孔径

提示:

对于高精度的同心孔,应设计一个尺寸略小的导向孔,然后使用扩孔钻将孔扩开到预定的直径。

最小排水孔直径

建议值:3.5mm/3500 微米

如果没有合适的排水孔,未烧结的粉末就会留在封闭的空腔中。为了达到最佳效果,设计空腔时至少要加入两个排水孔,每个排水孔的直径不能小于 3.5mm。

图中模型显示了建议的 Fuse 1 代打印机时的最小排水孔直径

提示:

排水孔越多、越大,清除内部空腔中的未烧结粉末就越容易。为了保证内表面的清洁,在设计部件时,要使相关表面易于使用清洁工具清理。

最小浮雕细节

A. 水平面:
A.1 深度:0.15mm/150 微米
A.2 宽度:0.35mm/350 微米
A.3 文本字体高度:4.5mm/4500 微米
A.4 文本字体深度:0.3mm/300 微米

B. 垂直面:
B.1 深度:0.35mm/350 微米
B.2 宽度:0.4mm/400 微米
B.3 文本字体高度:4.5mm/4500 微米
B.4 文本字体深度:0.3mm/300 微米

 

浮雕细节是指模型表面上的一些浅凸部分,如文本。小的浮雕特征可能在成品部件上不可见。尽可能使用粗体字,以达到浮雕文本的最佳效果。

图中模型显示了使用 Fuse 1 代打印机时的最小浮雕特征大小

Embossed details are shallow raised features on the surface of a model like text. Small embossed features may not be visible on the finished part. Use a bold font where possible for best results with embossed text.

最小雕刻细节

A. 水平面:
A.1 深度:0.1mm/100 微米
A.2 宽度:0.3mm/300 微米
A.3 文本字体高度:3.0mm/3000 微米
A.4 文本字体深度:0.3mm/300 微米

B. 垂直面:
B.1 深度:0.15mm/150 微米
B.2 宽度:0.35mm/350 微米
B.3 文本字体高度:3.0mm/3000 微米
B.4 文本字体深度:0.3mm/300 微米

 

雕刻细节是指在模型表面上压印或凹刻的部位。小的雕刻特征可能在成品部件上不可见。尽可能使用粗体字,以达到雕刻文本的最佳效果。

图中模型显示了使用 Fuse 1 代打印机时的最小雕刻特征大小

Engraved details are imprinted or recessed features on the surface of a model. Small engraved features may not be visible on the finished part. Use a bold font where possible for best results with engraved text.

材料特定特性

为了在使用 Fuse 系列打印机打印时获得最佳效果,应考虑所用特定材料的独特属性。以下指南将帮助用户优化在 Fuse 系列打印机中使用各种粉末进行增材制造的设计。

成型体积

由于热膨胀率因材料而异,Fuse 系列打印机中可打印的最大部件尺寸也就各有不同。下表中提供了可实现的最大部件尺寸:

材料最大部件尺寸
Nylon 12 Powder159.8 × 159.8 × 295.5mm
Nylon 12 GF Powder160.1 × 160.1 × 297.3mm
Nylon 12 Tough Powder158.8 × 158.8 × 293.5mm
Nylon 12 White Powder159.8 × 159.8 × 293.8mm
Nylon 11 Powder158.6 × 158.6 × 294.4mm
Nylon 11 CF Powder162.0 × 162.0 × 287.6mm
TPU 90A Powder152.1 × 152.1 × 294.9mm
Polypropylene Powder159.4 × 159.4 × 296.0mm

Nylon 12 Powder 设计考量因素

Nylon 12 Powder 是一种出色的通用材料,具有均衡的材料性能,易于打印和后处理,并具有生物相容性。上述章节中提供的指导方针系根据 Nylon 12 Powder 所编写,所以在使用该材料时,无需额外考虑设计因素。

Nylon 12 GF Powder 设计考量因素

Nylon 12 GF Powder 常用于打印耐热的刚性部件,同时部件可以在负载下保持尺寸稳定。该材料还具有生物相容性,可用于接触皮肤的应用。

针对这种材料的设计考量因素包括:

  • 表面粗糙度:相对于 Nylon 12 Powder 打印部件,使用这种材料打印的部件表面光洁度略粗糙。在进行有表面光洁度要求的设计时,应考虑实现表面光洁度目标所需的二次后处理步骤,包括机加工、打磨或其他后处理工艺
  • 脆性:Nylon 12 GF Powder 中的玻璃珠填充物可以提升材料刚度,但也会使打印部件变得更脆。精细的凸起特征可能需要加厚,以防止在后处理步骤和最终使用中断裂。打印层间的结构尤为脆弱,因此通常需要将有强度要求的特征尽可能地对准 XY 平面。
  • 排溢孔:使用 Nylon 12 GF Powder 打印的部件表面包覆一层 Surface Armor,因此比使用 Nylon 12 Powder 打印的部件更坚固。应该采用更大的排溢孔,且在理想情况下,所有表面(内部和外部)都应该设置视线通道,以便在最后的清洗步骤中使用介质喷砂机对表面进行充分清洁。

Nylon 12 Tough Powder 设计考量因素

Nylon 12 Tough Powder 在整个成型室内均可实现高延展性和高尺寸精度,从而在不牺牲强度的情况下打印出更耐用、翘曲更少的部件。

针对这种材料的设计考量因素包括:

  • 模型位置:将部件定向到成型室的中心,远离成型室壁和底板,特别是后壁,以减少表面缺陷。
  • 部件间距:为达到最佳质量并便于脱粉,部件间距至少为 5mm。

Nylon 12 White Powder 设计考量因素

Nylon 12 White Powder 结合了 Nylon 12 Powder 的多种优点与白色部件的可定制性。该材料可用于制作功能性原型和面向客户的成品部件,这些部件可以染色,以满足品牌需求,还可以制作具有高对比度和高尺寸精度的医疗器械和模型。

针对这种材料的设计考量因素包括:

  • 模型位置:将部件定向到成型室的中心,远离成型室壁和底板,特别是后壁,以减少表面缺陷。
  • 模型定向:大平面应垂直于打印平面,以实现最佳打印质量。避免将平面朝向成型室的前方。
  • 层线:沿 Z 轴方向的略微弯曲的表面会导致部件出现层线。
  • 部件间距:为达到最佳质量并便于脱粉,部件间距至少为 3mm。

Nylon 11 Powder 设计考量因素

与使用 Nylon 12 Powder 打印的部件相比,使用 Nylon 11 Powder 打印的部件延展性更好。此外,这些部件具有更强的抗冲击和振动性能,且经过认证可用于生物相容性应用。

针对 Nylon 11 Powder 的设计考量因素包括:

  • 翘曲:使用 Nylon 11 Powder 在 XY 平面上打印大型截面时,翘曲倾向增大。请遵循高纵横比部件的相关指南,在最大程度上减少翘曲的影响。
  • 间隙:集成组件需要较大间隙。在集成组件的组成部分之间应至少留有 1mm 的间隙,并迭代进行优化,以获得最适合组件要求的精确间隙。
  • 精细特征:Nylon 11 Powder 的最小特征尺寸略大于 Nylon 12 Powder,并且可以根据部件的特征方向而改变。但这可能会对精细特征产生影响,如小型凹入特征、小型凸起特征、薄壁、浮雕文本以及雕刻文本。为了确保正确地解析精细特征,在打印完整部件或一系列部件之前,请尝试进行包含所需特征的小型测试打印。

Nylon 11 CF Powder 设计考量因素

Nylon 11 CF Powder 是一种高性能材料,具有优异的刚度、耐高温性、抗冲击强度和抗拉强度。与 Nylon 11 Powder 相比,它具有较低的翘曲倾向,因此更适合打印有大型截面的部件。

  • 表面粗糙度:与 Nylon 12 GF Powder 相似,使用这种材料打印的部件表面光洁度相对于 Nylon 12 Powder 略粗糙。在进行有表面光洁度要求的设计时,应考虑实现表面光洁度目标所需的二次后处理步骤,包括机加工、打磨或其他后处理工艺
  • X、Y、Z 轴的各向异性特性:碳纤维倾向于在 X 轴上排列或与打印机前门平行,因此部件的力学性能在 X 与 Y 轴方向上并不相同。与其他 3D 打印部件类似,其 Z 轴方向的力学性能也有所不同,一般弱于 XY 方向的力学性能。为了获得最大刚度和强度,应对特征进行定位以确保其与 X 轴对齐。

TPU 90A Powder 设计考量因素

TPU 90A Powder 是一种弹性体,可提供高抗撕裂强度和断裂伸长率。该材料的邵氏硬度为 90A,是一种具有坚固橡胶特性的材料。可以通过使用晶格结构代替固体特征来软化部件,以实现目标刚度水平。TPU 90A Powder 具有生物相容性,适用于接触皮肤的应用。

  • 厚截面:可能无法解析精细特征(包括厚度大于 3-4cm 的几何结构上表面的小型销钉、孔以及雕刻或浮雕文本)。其原因在于部件中会有热量积聚,此问题可通过重新定向部件或挖空几何结构进行改善。
  • 精细特征:TPU 90A Powder 的最小特征尺寸略大于 Nylon 12 Powder,并且可以根据部件的特征方向进行改变。但这可能会对精细特征产生影响,如小型凹入特征、小型凸起特征、薄壁、浮雕文本以及雕刻文本。为了确保正确地解析精细特征,在打印完整部件或一系列部件之前,请尝试进行包含所需特征的小型测试打印。
  • 翘曲:TPU 90A Powder 有翘曲倾向。翘曲通常出现在部件底面。请遵循高纵横比部件的相关指南,在最大程度上减少翘曲的影响。
  • 尺寸精度:成型体积内的布局可能会影响部件的尺寸精度。请紧密打包部件,并使部件朝向成型室底部,以实现最佳尺寸精度。
    • 使用 V1.1 打印设置打印时,将部件大致移动到成型室的中间位置,可获得更好的 Z 轴精度。
  • 间隙:集成组件需要较大间隙。确保留出至少 1mm 的间隙,以确保集成组件功能正常。靠近厚打印截面的间隙应较大,而靠近薄打印截面的间隙应较小。
  • 圆形特征伸长率:XY 平面上带轴的圆形几何结构易于伸长,并略微变形为蛋形或椭圆而不再保持圆形。在定向部件时,请使圆形几何轴沿 Z 轴布局,以减轻这种影响。

Polypropylene Powder 设计考量因素

Polypropylene Powder 是一种真正的 3D 打印聚丙烯材料,用于生产具有良好耐久性和韧性的部件。打印部件坚固耐用,延展性极佳。

  • 精细特征:Polypropylene Powder 的最小特征尺寸略大于 Nylon 12 Powder,并且可以根据部件的特征方向进行改变。但这可能会对精细特征产生影响,如小型凹入特征、小型凸起特征、薄壁、浮雕文本以及雕刻文本。为了确保正确地解析精细特征,在打印完整部件或一系列部件之前,请尝试进行包含所需特征的小型测试打印。
  • 最小打包间距:在 Preform 中布置任务时,最小打包间距应为 2mm。可以缩小间距(最小 1mm),但这会影响部件的表面光洁度。
  • 翘曲:Polypropylene Powder 有翘曲倾向。翘曲通常出现在横截面较大的部件底面。在垂直方向上,横截面较长的部件也可能出现翘曲。请遵循高纵横比部件的相关指南,在最大程度上减少翘曲的影响。
  • 表面粗糙度:Polypropylene Powder 打印部件的表面会比 Nylon 12 Powder 打印部件的表面略粗糙。
  • 水密性:可以使用 Polypropylene Powder 生产水密性部件。为获得最佳效果,壁厚可设计为不小于 1mm。对于较薄壁,考虑进行测试打印以验证水密性。注:性能可能因部件的具体几何形状而异。

其他资源