3D列印設計——探討縮短列印時間的幾大因素！

來自專欄 3D列印知識堂

介紹

對增材製造最常見的批評之一是其與減材製造（傳統CNC快速加工）相比加工時間較長。從長遠的角度來看，在需要專門的原型製造或耗費大量加工時間的情況下，使用增材製造通常可以節省時間。在另一些情況下，比如在使用適當資源時，減材製造客觀上會更快些。雖然這個問題更能代表增材製造的本質，但用戶可以採用幾種策略來縮短塑料部件的列印時間。 在這篇文章中，我們將討論3D列印的原型設計策略以節省時間，以及如何通過Eiger軟體和3D印表機設備上操作並最終實現零部件的生產。

什麼增加了列印時間（以及如何避免它）

為了設計能夠節省時間的零件，我們需要列舉實際增加3D列印時間的影響因素。下面，我們將介紹每個關鍵時間浪費因素以及他們為何會耗費列印時間。

大尺寸列印

這是增加列印時間的典型貢獻者。大尺寸意味著更多的材料消耗和列印時間。由於列印頭在逐層列印的零件上的移動速度明顯慢於填充，因此增加更多表面積（從而延長列印路徑）會顯著增加列印時間。 這意味著具有更複雜表面細節的較小零件可能需要較長的時間來列印，而不是較大的簡單零件。以齒輪和圓柱體為例，如下圖。每個部件的外徑是完全相同的，這意味著圓柱體實際上需要耗費更多的材料。但是，由於表面積增大，齒輪相比較於圓柱體增加了近30％的列印時間。 有時候，具備高級特性是成功零件所必需的特徵;然而，在其他場合下，簡單的零件總是能花費更少的時間。

（儘管圓柱體包含的材料比齒輪更多，但列印時間減少了27％）

布局支撐材料

為您的零件添加支撐材料比其他任何因素更能影響其列印時間。由於我們的支撐材料由長而緩慢的列印線條軌跡組成，因此添加支撐材料無異於添加大量的列印面積。儘管支撐材料是必不可少的要素，但您也可以採取一些方式來減少由此導致的時間成本。

1. 嘗試調整零件方向：通常情況下，改變零件的方向可以徹底改變整個列印時間。一個很好的例子就是幾周前我們團隊的一名成員列印的一個滑雪護膝器具。在一個方向上，殼體的巨大體積需要大量的支撐結構，這將花費13天的時間來列印。通過將零件反轉列印，這將使列印時間縮短11天。

（通過重新調整零件的擺放方向，我們能夠減少11天和近500立方厘米的材料）

2. 限制懸臂結構：如果零件結構允許，則可以不添加支撐材料直接更快捷的列印。打開時，我們的演算法支持Onyx材料垂直45度以上（尼龍材料30度）懸垂列印。 如果您有更多的懸垂區域無法更改（需要支撐材料），請確保您的非關鍵懸臂不超過這些值。這將有效減少支撐材料的用量，同時節省您在其他懸臂結構上的列印時間。如果您沒有需要支撐材料的懸垂部分，請關閉支撐，並將Onyx的角度限制為55度（尼龍45度）。該零件將列印得很好，並為您節省大量時間。

3. 考慮列印面的設計：為了管理哪些懸臂結構需要支撐（哪些不需要支撐），請在設計零件之前弄清楚該零件應該列印的方向。這將使您設計的零件更好的通過3D列印技術最終成型,而不是更改零件樣式以適應印表機。雖然它可能不會節省列印時間，但會節省零件的設計時間。

4. 拆分零件：有時候，零件對於消除支撐結構改動太複雜了。在這種情況下，仍然有一個選擇。通過將零件拆分成兩個或更多個零件，您可以更容易地減少支撐結構。零件列印完成後，可以使用樂泰401粘合劑再將它們粘在一起已獲得最終完整的零部件。

層厚

這是FFF技術列印的一個經典分析點：層解析度與列印時間。 我們默認的100微米層解析度可以產生高質量的表面光潔度。將層高增加到200微米會犧牲一點表面質量，但同時可以減少一半的列印時間。這對於臨時應急且僅用於塑料的3D列印項目（使用光纖進行列印需要100或125微米的固定層高）非常有用，因為您的零件可以在原有的時間內列印出兩個零件。請參閱下表，了解先前分析的齒輪在不同層高設定下的時間估算。

（時間和層高的反比關係）

3D列印設計

增材製造業存在一個不健康的趨勢：過度使用3D印表機去列印不必要的零件。將傳統加工和3D列印的零件合併成一個整體零件很容易，但它會增加列印時間。從節省時間的角度來看，解決方案非常簡單：只有列印幾何體才能從3D列印技術中受益。3D列印設計：不要列印軸或其他對於機器來說微不足道的零件，因為它只會增加無謂的工作流程。

列印失敗

這是增加列印時間的間接原因; 然而，這同樣重要。確保您的列印板每次列印前校準調零，並且您有足夠的材料進行列印，這可以大幅縮短列印時間。失敗的列印浪費列印時間以及材料，縮短列印時間將大大提高列印效率。以下是一些可以減少失敗列印的方法：

曲解

單元測試

什麼沒有幫助：增加速度孔

為列印添加孔洞可能會節省材料，但很有可能他們並不會節省時間。孔（通常我們已經提到過）會增加零件表面積，增加列印時間。看看下面的比較。由於是大洞，空心圓柱的用料較少，但列印時間延長了10％。

（通過從零件的中心部分去除材料，我們實際上在列印時間上增加了10分鐘）

結論

在列印零件上節省時間是一個變幻莫測的藝術：它在零件基礎上變化很大，並不總是像您期望的那樣工作。但是，如果遵循以上策略，您可以在大多數情況下縮短列印時間。