Case study: Diehl Controls

Zwiększanie wytrzymałości drukowanych części 3D jest często ograniczone przez anizotropię w druku FFF — szczególnie wzdłuż linii warstw. Niniejsze studium przypadku pokazuje, w jaki sposób podział modelu i optymalizacja orientacji poprawiły wytrzymałość wieloosiową komponentu dla Diehl Controls, bez istotnej zmiany całkowitego czasu druku.

Uwaga źródłowa: Artykuł opiera się na wewnętrznym studium przypadku Omni3D, przeprowadzonym przez specjalistę ds. druku 3D z wykorzystaniem urządzeń Omni3D oraz zweryfikowanych parametrów druku.

---

Problem

Diehl Controls potrzebowało drukowanej części 3D o wysokiej wytrzymałości mechanicznej w wielu kierunkach. Druk elementu jako jednej całości, przy zastosowaniu standardowego podejścia, okazał się niewystarczający: na podstawie dostarczonych informacji, część była podatna na pękanie na kilka fragmentów – w przypadku upuszczenia lub niewłaściwego obchodzenia się z nią.

Aby temu zaradzić, model został podzielony na mniejsze sekcje, z których każda była drukowana w orientacji dobranej tak, aby zredukować osłabienia w krytycznych strefach. Po wydruku elementy zostały połączone przy użyciu kleju inżynieryjnego, co zwiększyło wytrzymałość w wcześniej zidentyfikowanych słabych punktach, przy jednoczesnym zachowaniu w dużej mierze niezmienionego całkowitego czasu druku.

---

Zwiększanie wytrzymałości części drukowanych 3D: problem anizotropii w druku FFF

Części drukowane w technologii FFF/FDM są z natury anizotropowe. Oznacza to, że ich wytrzymałość może się różnić w zależności od kierunku: element może być mocny w jednej osi, a słabszy wzdłuż linii warstw w innej.

Staje się to praktycznym problemem, gdy komponent:

• jest narażony na uderzenia (upadki, wstrząsy),
• posiada cienkie obszary lub małe przekroje poprzeczne,
• musi przenosić obciążenia z wielu kierunków.

W tym projekcie ryzyko uszkodzenia było związane ze słabymi strefami powstającymi wzdłuż linii warstw w obszarach o ograniczonej powierzchni przekroju.

---

Identyfikacja słabych punktów przed zmianą procesu

Krok 1: Wybór orientacji równoważącej podpory i ogólną wytrzymałość

Pierwszym krokiem było wybranie orientacji, która zapewniała najlepszy kompromis pomiędzy:

• minimalizacją struktur podporowych,
• oraz maksymalizacją ogólnej wytrzymałości części.

Rozważano drukowanie modelu „do góry nogami”, jednak wymagałoby to większej liczby podpór, co zwiększyłoby zarówno zużycie materiału, jak i czas druku.

Krok 2: Lokalizacja stref osłabienia wzdłuż linii warstw

Nawet najbardziej „rozsądna” orientacja drukowania jednego elementu może wprowadzać osłabienia:

• wzdłuż linii warstw,
• w obszarach o małej powierzchni przekroju poprzecznego.

These zones were treated as likely failure points and became the primary targets for improvement.

---

Zwiększanie wytrzymałości części drukowanych 3D poprzez podział modelu

Zamiast drukować cały model jako jeden element, komponent został podzielony na mniejsze części i wydrukowany osobno.

Dlaczego podział działa (w tym przypadku)?

Podział umożliwił druk każdej sekcji w orientacji zoptymalizowanej pod kątem wytrzymałości w jej krytycznych obszarach — bez konieczności stosowania jednego, globalnego kompromisu.

Kluczowym wymaganiem na tym etapie było zaprojektowanie:

• niezawodnych połączeń i interfejsów,
• odpowiednich tolerancji, zapewniających dokładny montaż po wydruku.

---

Druk i montaż (szczegóły techniczne)

Konfiguracja druku

Wszystkie części zostały wydrukowane na drukarce Omni TECH z użyciem:

• Kimya ABS ESD (zgodnie z wymaganiami aplikacji),
• materiału podporowego HIPS-20.

Montaż

Po usunięciu podpór końcowy komponent został zmontowany przy użyciu:

• kleju inżynieryjnego ARALDITE® 2000.

---

Wyniki

Podczas testów zmontowany model wykazał zwiększoną wytrzymałość w wcześniej zidentyfikowanych słabych punktach, przy jednoczesnym zachowaniu w dużej mierze niezmienionego całkowitego czasu druku.

Wyniki pomiarów

• Całkowity czas druku: 10:50 h
• Masa końcowej części: 109,12 g (bez podpór)

---

Tabela podsumowania technicznego

Pozycja	Wartość
Drukarka	Omni TECH
Materiał główny	Kimya ABS ESD
Materiał podporowy	HIPS-20
Klej montażowy	ARALDITE® 2000
Całkowity czas druku	10:50 h
Masa części	109,12 g (bez podpór)

---

Wnioski praktyczne

• Jeśli Twoja część pęka wzdłuż linii warstw lub w obszarach o cienkich lub małych przekrojach, podział modelu może być praktycznym sposobem na zwiększenie wytrzymałości mechanicznej.
• Podział umożliwia optymalizację orientacji dla każdej sekcji, ograniczając kompromis wynikający z jednej orientacji.
• Skuteczny montaż zależy od dobrze zaprojektowanych interfejsów (połączeń i tolerancji) oraz zastosowania odpowiedniego kleju inżynieryjnego.

---

FAQ

Jak zwiększyć wytrzymałość części drukowanych 3D bez zmiany materiału?

Zacznij od identyfikacji potencjalnych stref awarii (często są to linie warstw w obszarach o małym przekroju). Jeśli sama zmiana orientacji powoduje kompromis pomiędzy wytrzymałością a ilością podpór, podział modelu na sekcje pozwala na optymalizację orientacji każdej z nich bez jednego globalnego kompromisu.

Dlaczego pierwotny wydruk jednoczęściowy łatwo pękał?

Części drukowane w technologii FFF/FDM są anizotropowe: ich wytrzymałość zależy od kierunku, a słabe strefy mogą powstawać wzdłuż linii warstw — szczególnie tam, gdzie model ma małą powierzchnię przekroju.

Dlaczego nie zmieniono po prostu orientacji zamiast dzielić część?

Alternatywna orientacja była możliwa, ale wymagała większej liczby podpór, co zwiększało zużycie materiału i czas druku. Podział umożliwił niezależną optymalizację orientacji każdej sekcji.

Jakich materiałów i urządzeń użyto?

Części zostały wydrukowane na drukarce Omni TECH z użyciem materiału Kimya ABS ESD i podpór HIPS-20, a następnie zmontowane przy użyciu kleju ARALDITE® 2000.

Czy podział zwiększył czas druku?

Całkowity czas druku pozostał w dużej mierze niezmieniony. Pełny wydruk trwał 10:50 h, a masa końcowej części wyniosła 109,12 g (bez podpór).

---

O autorze