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3D打印ULTEM-9085的支架设计和拆卸(案例研究:进气歧管)

发布时间：2023/02/01
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【概要描述】 ULTEM-9085是我最喜欢的3D打印材料之一:原因之一是它是一种高性能的聚合物，可以并且已经被用于最终部件制造(见我的博客帖子)功能性航空航天零件中的ULTEM)，但另一个原因是因为它是一种要求很高的打印材料，而ABS、聚碳酸酯甚至尼龙都不是。要求高的主要原因是ULTEM支架不可溶解，需要机械移除。另一个挑战来自于这样一个事实，即当部件处于高温(175-195℃)时，最好移除支撑件，这需要使用手套并降低用户的灵活性。对于具有内部通道的复杂几何形状，这尤其具有挑战性，有时会导致无法在ULTEM-9085中打印某个零件，这与该技术原本能够实现的设计自由度背道而驰。

在这篇文章中，我积累了我在许多ULTEM-9085工作中(和失败中)以及通过与其他用户的讨论所学到的东西，并在这里以设计和过程指南的形式与大家分享。为了演示这些指导方针，我使用了我们为亚利桑那州立大学的SAE团队用于发动机进气歧管。这些指南适用于使用这些工具随附的Insight软件的Stratasys Fortus平台(用于熔融沉积建模或FDM)。屏幕截图来自Insight 10.6，使用Fortus 400打印所示零件。

指南摘要:

调整零件方向以消除无法移除的区域中的支撑
使用箱形支撑样式
优化参数设置(支撑角度、轮廓宽度、层厚度)
一旦零件从制造室出来，就移除支架
其他观察:分离的界面

1.零件方向

简化支架拆除的一个最重要的因素是零件定位。FDM流程的大多数用户都知道，零件方向决定了消耗的支持材料量，同时也影响了制造零件的时间。使用ULTEM-9085时，额外的挑战是，可能会设计无法移除的支架，这将要求您放弃作业。内部特征尤其如此。虽然Insight中的自动定向功能允许您最小化支撑，但它没有考虑移除支撑的难度。因此，当您处理内部特征时，您可能需要手动确定零件的方向，使内部特征尽可能与垂直方向对齐，并位于支撑角度上方(稍后介绍)。

如图1所示，对于进气歧管，我将内部管道结构定向为接近垂直，并且必须迭代几次，以验证我在难以到达的区域没有支撑。虽然我在内部得到了支持，但这些支持仅限于容易接近的领域。

图一。发动机进气歧管，打印在ULTEM-9085上

图二。零件定位，以避免在不可接近的区域出现任何内部支撑

2.箱形支架

在最近的软件升级中，Insight增加了创建框支持的能力。支撑结构由相邻的长方体组成，而不是由连续的栅格组成，这有助于更容易地分离支撑，但会降低构建时间。根据我的经验，这种支持策略确实有助于移除——这里要考虑的一个参数是“穿孔”设置，尽管该部分使用了默认值。穿孔是一层模型材料，其被插入到支撑物中以使支撑物材料更容易断裂。图3中的所有解理面都在穿孔边缘，你可以看到类似建筑的结构，每个楼层都有一层模型材料。当在难以接近的区域中有支撑时，考虑增加间隔高度，以确保在穿孔层上的支撑内发生分离之前，在零件上的模型-支撑界面处获得分离。

图3。从ULTEM-9085零件上拆除后的箱支架

3.优化工艺参数

虽然方向对你所需要的支撑有最重要的影响，但另一个需要注意的变量是“自我支撑角度”参数。该角度是从水平方向测量的，表示将在没有支撑的情况下构建的零件壁的最小角度。因此，为了降低支撑要求，您希望该数值尽可能低，以便更大体积的零件可以自支撑。Stratasys建议使用默认值，但这些值是轮廓宽度和层厚度的函数，如图4所示。对于0.013”的层厚度，这些值在40度处降至最低，对于0.010”的层厚度，这些值在43度处降至最低。因此，在其他条件相同的情况下，通过选择0.013”的层厚和0.026”或更大的轮廓宽度，可以减少所需的支撑。请注意，这两者都会影响您解析薄壁和精细特征的能力，因此请确保您扫描所有刀具路径，以验证几何图形是否已准确填充。

图4。该图显示了自支撑角度的默认值如何作为ULTEM可用的两个层厚度选项的轮廓宽度的函数而变化。角度越小，需要的支撑越少。

4.立即拆除支架

当模型-支撑界面很热时，最好移除支撑。最佳时间是从印刷室中取出零件后，ULTEM-9085的印刷室温度保持在195°C。确保戴上安全眼镜，戴上隔热手套，并准备好钳子拔出支架。理论上，零件可以再次重新加热(175°C是烤箱的合理温度)，但Stratasys认为，每次重新加热循环实际上都加强了界面，使其更难去除。因此，移除支架的最佳时间是立即离开打印机。图5显示了进气歧管零件支架拆除的结果，包括构件表。

图5。当你和冷却部件争分夺秒的时候，支撑物的移除可能是一件混乱的事情。确保你戴上手套、钳子和安全眼镜。

5.其他观察:分离的界面

这有助于形象化我们在移除支撑时想要做的事情。这里有两个接口，如图6所示。一个是模型-支撑接口，另一个是支撑-盒结构接口。我们需要在模型支撑界面处进行分离，因为如果箱形支撑已经断裂(如下图所示)，移除薄的界面材料会很困难。这意味着当你移除支撑时，你不仅需要拉动支撑，还需要增加一些剥离力来产生分离。一旦你在正确的界面上创造了分离，你就可以拉动支撑物，并且应该有适当的解理。

图6。(顶部)支架-模型界面，和(底部)支架结构界面——在前一个界面分离是很重要的

需要记住的最后一点是，在某些情况下，取消内部支撑可能是不可能的，如下图7中不同部分所示。重点是消除钳子够不到的地方的支撑，并获得足够的剥离力。在下面的例子中，我选择在大开口处有支撑，因为我有足够的空间接近它们。通过练习，您将更好地了解哪些支撑可以移除，哪些不可以移除，并在打印前使用这种直觉来更好地设计和处理布局决策。

图7。只要你有权限，内部特性的支持是没问题的

图8。最后一部分

图9。我们还打印了ULTEM进气歧管流道和集气室，两者都在ASU Formula SAE测试台上进行测试(图片来源:Michael Conard)

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3D打印ULTEM-9085的支架设计和拆卸(案例研究:进气歧管)

分类：新闻活动
发布时间：2023-02-01 14:35
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ULTEM-9085是我最喜欢的3D打印材料之一:原因之一是它是一种高性能的聚合物，可以并且已经被用于最终部件制造(见我的博客帖子)功能性航空航天零件中的ULTEM)，但另一个原因是因为它是一种要求很高的打印材料，而ABS、聚碳酸酯甚至尼龙都不是。要求高的主要原因是ULTEM支架不可溶解，需要机械移除。另一个挑战来自于这样一个事实，即当部件处于高温(175-195℃)时，最好移除支撑件，这需要使用手套并降低用户的灵活性。对于具有内部通道的复杂几何形状，这尤其具有挑战性，有时会导致无法在ULTEM-9085中打印某个零件，这与该技术原本能够实现的设计自由度背道而驰。

在这篇文章中，我积累了我在许多ULTEM-9085工作中(和失败中)以及通过与其他用户的讨论所学到的东西，并在这里以设计和过程指南的形式与大家分享。为了演示这些指导方针，我使用了我们为亚利桑那州立大学的SAE团队用于发动机进气歧管。这些指南适用于使用这些工具随附的Insight软件的Stratasys Fortus平台(用于熔融沉积建模或FDM)。屏幕截图来自Insight 10.6，使用Fortus 400打印所示零件。

指南摘要:

调整零件方向以消除无法移除的区域中的支撑
使用箱形支撑样式
优化参数设置(支撑角度、轮廓宽度、层厚度)
一旦零件从制造室出来，就移除支架
其他观察:分离的界面

1.零件方向

简化支架拆除的一个最重要的因素是零件定位。FDM流程的大多数用户都知道，零件方向决定了消耗的支持材料量，同时也影响了制造零件的时间。使用ULTEM-9085时，额外的挑战是，可能会设计无法移除的支架，这将要求您放弃作业。内部特征尤其如此。虽然Insight中的自动定向功能允许您最小化支撑，但它没有考虑移除支撑的难度。因此，当您处理内部特征时，您可能需要手动确定零件的方向，使内部特征尽可能与垂直方向对齐，并位于支撑角度上方(稍后介绍)。

如图1所示，对于进气歧管，我将内部管道结构定向为接近垂直，并且必须迭代几次，以验证我在难以到达的区域没有支撑。虽然我在内部得到了支持，但这些支持仅限于容易接近的领域。

2.箱形支架

在最近的软件升级中，Insight增加了创建框支持的能力。支撑结构由相邻的长方体组成，而不是由连续的栅格组成，这有助于更容易地分离支撑，但会降低构建时间。根据我的经验，这种支持策略确实有助于移除——这里要考虑的一个参数是“穿孔”设置，尽管该部分使用了默认值。穿孔是一层模型材料，其被插入到支撑物中以使支撑物材料更容易断裂。图3中的所有解理面都在穿孔边缘，你可以看到类似建筑的结构，每个楼层都有一层模型材料。当在难以接近的区域中有支撑时，考虑增加间隔高度，以确保在穿孔层上的支撑内发生分离之前，在零件上的模型-支撑界面处获得分离。

3.优化工艺参数

虽然方向对你所需要的支撑有最重要的影响，但另一个需要注意的变量是“自我支撑角度”参数。该角度是从水平方向测量的，表示将在没有支撑的情况下构建的零件壁的最小角度。因此，为了降低支撑要求，您希望该数值尽可能低，以便更大体积的零件可以自支撑。Stratasys建议使用默认值，但这些值是轮廓宽度和层厚度的函数，如图4所示。对于0.013”的层厚度，这些值在40度处降至最低，对于0.010”的层厚度，这些值在43度处降至最低。因此，在其他条件相同的情况下，通过选择0.013”的层厚和0.026”或更大的轮廓宽度，可以减少所需的支撑。请注意，这两者都会影响您解析薄壁和精细特征的能力，因此请确保您扫描所有刀具路径，以验证几何图形是否已准确填充。

**图4。**该图显示了自支撑角度的默认值如何作为ULTEM可用的两个层厚度选项的轮廓宽度的函数而变化。角度越小，需要的支撑越少。

4.立即拆除支架

当模型-支撑界面很热时，最好移除支撑。最佳时间是从印刷室中取出零件后，ULTEM-9085的印刷室温度保持在195°C。确保戴上安全眼镜，戴上隔热手套，并准备好钳子拔出支架。理论上，零件可以再次重新加热(175°C是烤箱的合理温度)，但Stratasys认为，每次重新加热循环实际上都加强了界面，使其更难去除。因此，移除支架的最佳时间是立即离开打印机。图5显示了进气歧管零件支架拆除的结果，包括构件表。

图5。当你和冷却部件争分夺秒的时候，支撑物的移除可能是一件混乱的事情。确保你戴上手套、钳子和安全眼镜。

5.其他观察:分离的界面

这有助于形象化我们在移除支撑时想要做的事情。这里有两个接口，如图6所示。一个是模型-支撑接口，另一个是支撑-盒结构接口。我们需要在模型支撑界面处进行分离，因为如果箱形支撑已经断裂(如下图所示)，移除薄的界面材料会很困难。这意味着当你移除支撑时，你不仅需要拉动支撑，还需要增加一些剥离力来产生分离。一旦你在正确的界面上创造了分离，你就可以拉动支撑物，并且应该有适当的解理。

需要记住的最后一点是，在某些情况下，取消内部支撑可能是不可能的，如下图7中不同部分所示。重点是消除钳子够不到的地方的支撑，并获得足够的剥离力。在下面的例子中，我选择在大开口处有支撑，因为我有足够的空间接近它们。通过练习，您将更好地了解哪些支撑可以移除，哪些不可以移除，并在打印前使用这种直觉来更好地设计和处理布局决策。