วิธีการปรับขนาดโมเดล 3 มิติสำหรับการพิมพ์ชิ้นส่วนโมเดล?

หากคุณเคยทำงานกับชิ้นส่วนโมเดลการพิมพ์ 3 มิติ คุณจะรู้ว่าการปรับขนาดโมเดลไม่ใช่แค่การลากแถบเลื่อนในซอฟต์แวร์ตัวแบ่งส่วนข้อมูลของคุณเท่านั้น เป็นขั้นตอนการสร้างหรือทำลายที่เปลี่ยนการออกแบบดิจิทัลให้เป็นชิ้นส่วนที่ใช้งานได้จริงและเหมาะกับการใช้งาน ไม่ว่าคุณจะพิมพ์กล่องหุ้มมือหุ่นยนต์แบบกำหนดเองสำหรับหุ่นยนต์รูปทรงคล้ายมนุษย์และหุ่นยนต์ที่คล่องแคล่ว ต้นแบบขนาดเล็กสำหรับผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภค หรือชิ้นส่วนทดแทนสำหรับอุปกรณ์อุตสาหกรรม ในฐานะซัพพลายเออร์ชิ้นส่วนโมเดลการพิมพ์ 3 มิติ ฉันใช้เวลาหลายปีในการแก้ไขปัญหาข้อผิดพลาดในการปรับขนาดที่ทำให้งานพิมพ์ราบรื่นและตั้งใจให้กลายเป็นปัญหาที่บิดเบี้ยวและไม่สามารถใช้งานได้ ตั้งแต่การปรับแต่งการออกแบบเบื้องต้นไปจนถึงการปรับชิ้นในขั้นสุดท้าย การปรับขนาดจำเป็นต้องมีความสมดุลระหว่างความแม่นยำทางเทคนิคกับข้อจำกัดในการผลิตในโลกแห่งความเป็นจริง เรามาดูรายละเอียดวิธีการทำที่ถูกต้องกันดีกว่า

ขั้นแรก ให้เริ่มต้นด้วยคำถามหลัก: ทำไมคุณจึงต้องขยายขนาดตั้งแต่แรก ฉันมีลูกค้ามาหาฉันพร้อมกับดีไซน์ที่สมบูรณ์แบบบนหน้าจอแต่เล็กเกินกว่าจะประกอบได้ หรือใหญ่เกินกว่าจะพอดีกับการประกอบเป้าหมายของพวกเขา ตัวอย่างเช่น ลูกค้ารายหนึ่งในไตรมาสที่แล้วได้นำการออกแบบมือจับหุ่นยนต์ขนาด 1:10 มาซึ่งมีไว้สำหรับติดตั้งบนแท่นทดสอบ แต่เมื่อถึงเวลาพิมพ์ พวกเขาก็พบว่าหมุดบานพับเล็กๆ นั้นเล็กเกินกว่าจะรับแรงกดได้ การขยายขนาดขึ้น 20% ทำให้พินแข็งแกร่งพอที่จะใช้งานได้ แต่หลังจากที่เราทำเครื่องหมายในช่องที่สำคัญบางช่องเท่านั้นเพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดทั่วไป ขั้นตอนแรกที่ไม่สามารถต่อรองได้ก่อนที่จะปรับขนาดใดๆ คือการยืนยันระบบยูนิตของการออกแบบดั้งเดิม ไม่มีสิ่งใดขัดขวางการปรับขนาดได้เร็วกว่าการผสมหน่วยมิลลิเมตรและนิ้ว หรือสมมติว่าการออกแบบนั้นถูกสร้างขึ้นในหน่วยหนึ่งเมื่อตัวแบ่งส่วนข้อมูลของคุณตั้งค่าเริ่มต้นเป็นอีกหน่วยหนึ่ง ครั้งหนึ่งฉันเคยมีลูกค้ารายใหม่ส่งโมเดล 3 มิติที่มีเครื่องหมาย "นิ้ว" ซึ่งซอฟต์แวร์ CAD ของพวกเขาบันทึกเป็นมิลลิเมตรจริงๆ การปรับขนาดเป็น 25.4 (ปัจจัยการแปลง) เปลี่ยนตัวยึดแบริ่งขนาด 1 นิ้วให้เป็นขนาด 25.4 นิ้วที่ไม่พอดีกับเพลตสร้าง SLS Printing Service ของเรา ตรวจสอบหน่วยก่อนทุกครั้ง เครื่องมือ CAD ส่วนใหญ่ เช่น SolidWorks, Fusion 360 หรือ Blender ให้คุณตั้งค่าและตรวจสอบหน่วยในเมนู "คุณสมบัติเอกสาร" หรือ "การตั้งค่าฉาก"

จากนั้น ระบุมิติข้อมูลที่จะปรับขนาดให้เท่าๆ กันเทียบกับมิติข้อมูลที่ต้องปรับเปลี่ยนแบบเลือก การปรับขนาดที่สม่ำเสมอ—การยืดหรือย่อโมเดลทั้งหมดด้วยเปอร์เซ็นต์เดียว—ใช้ได้กับหลายส่วน โดยเฉพาะต้นแบบหรือชิ้นส่วนตกแต่งที่ไม่สำคัญ แต่ส่วนที่ใช้งานได้จริงเช่นที่อยู่อาศัยมือหุ่นยนต์แบบกำหนดเองสำหรับหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์และหุ่นยนต์ที่กระฉับกระเฉงเราผลิต แทบไม่จำเป็นต้องมีการปรับขนาดที่สม่ำเสมอ ความแข็งแรงในการยึดเกาะของมือหุ่นยนต์ขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางที่แน่นอนของตัวเรือนข้อต่อ ความยาวของส่วนนิ้ว และระยะห่างระหว่างเฟือง การปรับขนาดทั้งหมด 15% อาจทำให้มือใหญ่ขึ้น แต่อาจทำให้ตาข่ายเกียร์หลุดหรือทำให้นิ้วชนกันเมื่องอ สำหรับชิ้นส่วนเหล่านี้ เราใช้การผสมผสานระหว่างการปรับขนาดที่สม่ำเสมอสำหรับขนาดโดยรวมและการปรับขนาดแบบเลือกสรรสำหรับคุณสมบัติที่สำคัญ ตัวอย่างเช่น เราจะปรับขนาดโมเดลทั้งหมดให้พอดีกับฐานรองพิมพ์ จากนั้นปรับเฉพาะช่องลูกปืนภายในเศษเสี้ยวมิลลิเมตรเพื่อพิจารณาการหดตัวที่เกิดขึ้นระหว่างขั้นตอนหลังการประมวลผลชิ้นส่วนพลาสติกการพิมพ์ 3 มิติหรือชิ้นส่วนการพิมพ์ 3 มิติด้วยเรซิน. สิ่งสำคัญในที่นี้คือการแยกแยะระหว่างขนาดที่ “สำคัญ” (ขนาดที่ส่งผลต่อความพอดี การใช้งาน หรือการประกอบ) และขนาดที่ “ไม่สำคัญ” (เช่น การตกแต่งที่ส่งผลต่อรูปลักษณ์เท่านั้น)

หนึ่งในส่วนที่ถูกมองข้ามมากที่สุดของการปรับขนาดคือการคำนึงถึงการหดตัวและความทนทานต่อการพิมพ์ 3D โดยเฉพาะ ไม่ว่าคุณจะใช้เทคโนโลยีใด เช่น SLS, FDM, เรซิน ชิ้นส่วนที่พิมพ์แบบ 3 มิติทั้งหมดจะหดตัวเล็กน้อยเมื่อเย็นตัวและแข็งตัว ตัวอย่างเช่น การพิมพ์ SLS ใช้ผงไนลอนหรือโพลีโพรพีลีนที่หลอมละลายทีละชั้น ชิ้นส่วนจะหดตัวประมาณ 0.2-0.5% ในแต่ละแกนเมื่อเย็นตัวลง ขึ้นอยู่กับวัสดุ ชิ้นส่วนเรซินที่บ่มด้วยแสง UV จะหดตัวมากขึ้น — ปกติ 0.3-0.8% — และมักจะต้องใช้บัฟเฟอร์เพิ่มเติมเล็กน้อยเพื่อชดเชยการหดตัว ฉันได้เรียนรู้สิ่งนี้มาอย่างยากลำบากในช่วงเริ่มต้นธุรกิจ: ลูกค้าสั่งซื้อชุดเกียร์แบบกำหนดเองสำหรับหุ่นยนต์ขนาดเล็ก โดยปรับขนาดให้สม่ำเสมอและไม่มีการหดตัว และเมื่อมาถึง เฟืองจะไม่ประกบกันเลย เราต้องพิมพ์ซ้ำโดยใช้บัฟเฟอร์พิเศษ 1% บนฟันเฟืองภายใน ซึ่งแก้ไขความพอดีได้อย่างสมบูรณ์แบบ นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมเมื่อทำงานร่วมกับทีมของเรา เราจะเพิ่มชั้น "ความทนทานต่อวัสดุเฉพาะ" ให้กับทุกส่วนที่ปรับขนาดเสมอ สำหรับ SLS Printing Service เรามีค่าการหดตัวที่ปรับเทียบไว้ล่วงหน้าสำหรับวัสดุพลาสติกทุกชนิดที่เรานำเสนอ ดังนั้นการปรับขนาดแบบจำลองและการปรับการหดตัวจึงทำได้ง่ายเพียงแค่ป้อนรหัสวัสดุที่ถูกต้องลงในการตั้งค่าตัวแบ่งส่วนข้อมูลของเรา สำหรับชิ้นส่วนเรซิน เราจะปรับปัจจัยการปรับขนาดในระหว่างขั้นตอนการเตรียมแบบจำลอง แทนที่จะปรับในตัวแบ่งส่วนข้อมูล เพื่อให้คำนึงถึงอัตราการหดตัวที่สูงขึ้น

ข้อผิดพลาดทั่วไปอีกประการหนึ่งคือการปรับขนาดชิ้นส่วนที่มีผนังบางไม่ถูกต้อง หากคุณกำลังพิมพ์ตัวเครื่องขนาดเล็กหรือฉากยึดที่มีผนังหนาน้อยกว่า 2 มม. การปรับขนาดชิ้นส่วนนั้นอย่างสม่ำเสมออาจทำให้ผนังบางเกินไปสำหรับโครงสร้าง หรือหนาเกินกว่าจะประกอบเข้ากับชุดประกอบที่แน่นหนาได้ ตัวอย่างเช่น ชิ้นส่วนทดแทนสำหรับอุปกรณ์วินเทจที่มีความหนา 1.5 มม. อาจขยายได้ถึง 1.8 มม. ซึ่งแข็งแรงเพียงพอ แต่หากคุณบังเอิญย่อขนาดลง ผนังอาจกลายเป็น 1.2 มม. และแตกร้าวภายใต้แรงกดเบา ๆ เมื่อปรับขนาดชิ้นส่วนที่มีผนังบาง ให้ใช้เครื่องมือความหนาของผนังของเครื่องตัดเพื่อตรวจสอบขนาดผนังขั้นต่ำหลังจากการปรับขนาด เครื่องแบ่งส่วนข้อมูลส่วนใหญ่มีการตั้งค่า "ความหนาของผนังขั้นต่ำ" ซึ่งจะทำเครื่องหมายบริเวณที่ผนังบางเกินไปสำหรับวัสดุ สำหรับผนังบางชิ้นส่วนโมเดลการพิมพ์ 3 มิติเรามักจะแนะนำให้เลือกขนาด: รักษาความหนาของผนังให้คงเดิมตามการออกแบบเดิม และปรับเฉพาะขนาดภายนอกโดยรวมเพื่อให้ตรงกับขนาดที่ต้องการ ด้วยวิธีนี้ ความสมบูรณ์ของโครงสร้างของผนังบางยังคงไม่บุบสลาย แม้ว่าชิ้นส่วนจะขยายหรือหดตัวก็ตาม

ความพอดีและการประกอบเป็นการตรวจสอบขั้นสุดท้ายก่อนที่จะส่งแบบจำลองที่ปรับขนาดไปพิมพ์ แม้ว่าขนาดจะดูสมบูรณ์แบบบนหน้าจอ แต่คุณก็ต้องทดสอบว่าชิ้นส่วนต่างๆ จะประกอบกันอย่างไรในโลกแห่งความเป็นจริง สำหรับชิ้นส่วนที่ยึดด้วยสกรู ให้เพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของรูสกรู 0.2-0.3 มม. หากคุณขยายชิ้นส่วนขึ้น เนื่องจากพลาสติกอาจบีบอัดได้เล็กน้อยเมื่อขันสกรูให้แน่น ดังนั้นระยะห่างพิเศษจึงช่วยป้องกันไม่ให้สกรูติดหรือหลุดออกจากรู สำหรับชิ้นส่วนที่เลื่อนเข้าหากัน เช่น หมุดและรู ให้ทดสอบระยะห่าง: หมุดที่มีขนาดเท่ากับรูพอดีจะแน่นเกินไปเนื่องจากการยึดเกาะของชั้นต่างๆ ดังนั้นการเพิ่มระยะห่าง 0.1 มม. สำหรับชิ้นส่วนเรซิน หรือ 0.15 มม. สำหรับชิ้นส่วน SLS ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความพอดีที่ราบรื่น ฉันแนะนำให้ทำการทดสอบ "แบบแห้งพอดี" กับชิ้นส่วนที่มีขนาดสองส่วนก่อนที่จะพิมพ์ทั้งชุด หากคุณกำลังสั่งซื้อต้นแบบขนาดเล็ก ให้พิมพ์โดยใช้วัสดุราคาประหยัดก่อนเพื่อยืนยันความพอดี จากนั้นจึงปรับขนาดและปรับเปลี่ยนสำหรับการดำเนินการผลิตขั้นสุดท้าย ซึ่งช่วยประหยัดเวลาและเงินในการพิมพ์ซ้ำได้มาก ซึ่งเป็นสิ่งที่ซัพพลายเออร์ชิ้นส่วนโมเดลการพิมพ์ 3 มิติทุกรายรู้ดีว่าเป็นสิ่งสำคัญในการทำให้ลูกค้ามีความสุข

ตอนนี้ เรามาพูดถึงการปรับขนาดสำหรับกรณีการใช้งานที่แตกต่างกัน เนื่องจากการปรับขนาดต้นแบบแตกต่างจากการปรับขนาดชิ้นส่วนที่ใช้งานจริงอย่างมาก ตัวอย่างเช่น ต้นแบบมักจะถูกขยายหรือลดขนาดเพื่อให้มองเห็นหรือทดสอบรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ ได้ง่ายขึ้น แขนหุ่นยนต์ต้นแบบขนาด 1:2 เหมาะสำหรับทดสอบการเคลื่อนไหว แต่การขยายขนาด 2 เท่าอาจทำให้เซ็นเซอร์ขนาดเล็กใหญ่เกินไปที่จะใส่ได้ ดังนั้นคุณอาจเลือกปรับขนาดเฉพาะที่ยึดเซ็นเซอร์เพื่อให้คงขนาดเดิมไว้ได้ ในทางกลับกัน ชิ้นส่วนการผลิตจำเป็นต้องมีการปรับขนาดอย่างสม่ำเสมอในทุกหน่วยเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถสับเปลี่ยนกันได้ หากคุณกำลังสร้างตัวเรือนแบบมือหุ่นยนต์แบบกำหนดเอง 100 ชิ้น ทุกเรือนต้องมีขนาดเท่ากันทุกประการ ดังนั้นเราจึงใช้ปัจจัยการปรับขนาดเดียวสำหรับชิ้นส่วนทั้งหมด และใช้การปรับการหดตัวคงที่ต่อวัสดุ ด้วยวิธีนี้ ทุกมือจะพอดีกับหุ่นยนต์รุ่นเดียวกันโดยไม่มีการดัดแปลงแบบกำหนดเอง สำหรับการผลิตในปริมาณมาก เรายังทำการทดสอบชุดเล็กๆ ก่อน 5-10 ยูนิต เพื่อตรวจสอบความสอดคล้องของขนาดก่อนที่จะดำเนินการผลิตทั้งหมด ครั้งหนึ่งฉันเคยมีลูกค้าที่ต้องการเรือนเกียร์ 500 อันสำหรับเครื่องมือไฟฟ้า เราพิมพ์หน่วยทดสอบ 10 หน่วย วัดแต่ละหน่วย และพบว่าค่าสเกลในฟันเฟืองลดลง 0.1 มม. การปรับปัจจัยการปรับขนาดด้วยจำนวนเล็กน้อยนั้นหมายความว่าทั้ง 500 ยูนิตลงตัวพอดี โดยไม่ต้องพิมพ์ซ้ำเลย

แล้วการปรับขนาดโมเดลสำหรับเทคโนโลยีการพิมพ์ 3D เฉพาะเจาะจงล่ะ? นั่นคือสิ่งที่ประสบการณ์สร้างความแตกต่างได้อย่างแท้จริง ตัวอย่างเช่น FDM มีขนาดคุณสมบัติขั้นต่ำประมาณ 0.8 มม. ดังนั้นการปรับขนาดโมเดลด้วยเนื้อ 0.5 มม. จะทำให้เนื้อเหล่านั้นหายไปหรือเป็นรอยหยัก การพิมพ์ SLS สามารถรองรับคุณสมบัติที่มีขนาดเล็กลงได้ถึง 0.3 มม. ดังนั้นการปรับขนาดแบบจำลองที่มีรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ จึงปลอดภัย การพิมพ์ด้วยเรซินมีความแม่นยำที่สุด โดยมีคุณสมบัติเพียง 0.1 มม. ดังนั้นจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการปรับขนาดโมเดลที่มีรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ เช่น ข้อความหรือชิ้นส่วนกลไกขนาดเล็ก เมื่อเราทำงานร่วมกับลูกค้าในการปรับขนาดชิ้นส่วนสำหรับโครงการของพวกเขา เราจะถามเสมอว่าพวกเขาใช้เทคโนโลยีใดอยู่ เนื่องจากนั่นจะเปลี่ยนกลยุทธ์การปรับขนาด แบบจำลองขนาดเล็กที่มีรายละเอียดสำหรับการพิมพ์เรซินจะต้องมีปัจจัยการปรับขนาดที่แตกต่างจากชิ้นส่วนโครงสร้างขนาดใหญ่สำหรับ SLS ตัวอย่างเช่น ตัวเรือนมือหุ่นยนต์แบบกำหนดเองที่เราพิมพ์ให้กับบริษัทหุ่นยนต์ใช้ไนลอน SLS เนื่องจากมีความแข็งแรงและยืดหยุ่น การปรับขนาดชิ้นส่วนเหล่านั้นหมายถึงการปรับอัตราการหดตัวที่ต่ำกว่าของ SLS และตรวจสอบให้แน่ใจว่าส่วนนิ้วยาวเพียงพอสำหรับการเคลื่อนไหวที่ราบรื่น หากเราใช้เรซินสำหรับตัวเรือนเหล่านั้น ชิ้นส่วนจะเปราะเกินไปสำหรับการใช้ซ้ำ ดังนั้นการปรับขนาดจึงปรับให้เหมาะกับวัสดุและเทคโนโลยี

นอกจากนี้ยังมีคำถามเรื่องการปรับขนาดเพื่อความสวยงาม ไม่ใช่แค่ฟังก์ชันเท่านั้น หากคุณกำลังพิมพ์โมเดลตกแต่ง เช่น ฟิกเกอร์หรือชิ้นส่วนจัดแสดง การปรับขนาดจะยืดหยุ่นกว่า แต่คุณยังต้องหลีกเลี่ยงการบิดเบือนสัดส่วน ฉันเคยเห็นลูกค้าปรับขนาดโมเดลอัศวินยุคกลางขึ้น 20% และบังเอิญยืดขาที่ไม่สมส่วน ทำให้รูปร่างดูอึดอัด เพื่อการปรับขนาดที่สวยงาม ให้ใช้เครื่องมือ "uniform scaling" ของซอฟต์แวร์ CAD และตรวจสอบสัดส่วนอีกครั้งในวิวพอร์ต เครื่องมือส่วนใหญ่มีเครื่องมือไม้บรรทัดที่ช่วยให้คุณวัดคุณสมบัติหลักๆ เช่น ขนาดศีรษะ ความยาวแขน และความสูงของลำตัว เพื่อให้แน่ใจว่าสัดส่วนคงสัดส่วนได้ หากคุณต้องการปรับสัดส่วนสำหรับสไตล์ ให้เลือกทำ ไม่ใช่โดยการเปลี่ยนปัจจัยมาตราส่วนโดยรวม ด้วยวิธีนี้ โมเดลจึงคงรูปลักษณ์ที่ต้องการไว้โดยไม่ทำให้ฟังก์ชันการทำงานเสียหาย

ท้ายที่สุดแล้ว การปรับขนาดโมเดล 3 มิติสำหรับการพิมพ์ไม่ใช่กระบวนการขั้นตอนเดียว แต่เป็นชุดการตรวจสอบและการปรับแต่งที่ขึ้นอยู่กับฟังก์ชันของชิ้นส่วน วัสดุที่ใช้ และเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ ไม่ว่าคุณจะพิมพ์ส่วนประกอบหุ่นยนต์แบบกำหนดเอง ชิ้นส่วนทดแทน หรือโมเดลตกแต่ง การใช้เวลาในการตรวจสอบหน่วย แยกแยะขนาดที่สำคัญและไม่สำคัญ คำนึงถึงการหดตัว และการทดสอบพอดีจะช่วยให้คุณประหยัดจากข้อผิดพลาดและการพิมพ์ซ้ำที่มีค่าใช้จ่ายสูง ในฐานะซัพพลายเออร์ชิ้นส่วนโมเดลการพิมพ์ 3 มิติ ฉันได้เห็นแล้วว่าข้อผิดพลาดในการปรับขนาดแม้แต่น้อยก็สามารถทำให้โครงการหยุดชะงักได้ ดังนั้นทีมของฉันและฉันจึงจัดลำดับความสำคัญของขั้นตอนเหล่านี้สำหรับทุกคำสั่งซื้อที่เราทำ หากคุณมีโครงการที่ต้องการชิ้นส่วนการพิมพ์ 3 มิติที่แม่นยำและปรับขนาดได้ ไม่ว่าจะเป็นโครงมือหุ่นยนต์แบบกำหนดเองสำหรับหุ่นยนต์ ชิ้นส่วนพลาสติกที่ใช้งานได้จริง หรือชิ้นส่วนเรซินที่มีรายละเอียดสูง เราพร้อมให้ความช่วยเหลือ ติดต่อทีมงานของเราเพื่อหารือเกี่ยวกับโครงการของคุณและรับใบเสนอราคาที่กำหนดเองที่เหมาะกับความต้องการของคุณ

อ้างอิง:

1. Gibson, I., Rosen, DW, & Stucker, B. (2015) เทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ: การพิมพ์ 3 มิติ การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว และการผลิตดิจิทัลโดยตรง สปริงเกอร์.
2. คัลปักเจียน, เอส., และชมิด, เอสอาร์ (2021) กระบวนการผลิตวัสดุวิศวกรรม เพียร์สัน.
3. Hopkinson, N., Hague, R., & Dickens, P. (2006) การผลิตอย่างรวดเร็ว: การปฏิวัติอุตสาหกรรมสำหรับยุคดิจิทัล จอห์น ไวลีย์ แอนด์ ซันส์