3D图纸设计指南

指南涵盖了运用3D打印进行制作时需要注意的设计原则。
我们建议每一位想要运用这项新技术的设计师们,仔细阅读。你可以根据自己的实际情况,对作品的模型进行必要的调整。为保证制作顺利,我们建议设计师在参阅本指南并确认模型无误后,再进行下单制作。
如对指南中或指南未提及的问题存在任何疑问,请向1001号技术支持进行咨询和反馈。

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工艺限制

任何生产方式都存在一定的工艺限制,同样的,3D打印对于设计图纸也存在一定的工艺要求,请仔细检查一下您的设计,确保您的设计完全符合下面的工艺要求。

工艺限制 参考值 说明
大面积薄片 厚度>0.8mm 薄片的主要问题是翘曲变形,由材料的杨氏模量来决定,对于不同的材料的值应该都是不一样的
最小壁厚 ABS/PLA:2.0mm
光敏树脂:1.0mm
尼龙:0.8mm
玻璃纤维:0.8mm
金属:0.8mm
最小壁厚由三个因素来决定:
一是喷头的口径,口径越小则能做的越薄;
二是成型粉末的颗粒大小;
三是材料强度,材料必须有足够的强度才能支撑得起薄壁而不损坏。
精度误差 ABS/PLA:±0.15mm
光敏树脂:±0.07mm
尼龙:±0.15mm
玻璃纤维:±0.15mm
金属:±0.125mm
误差精度的因素有两个:
一个是可控因素,即X/Y/Z 三个轴的运动精度;另一个是不可控因素、或者材料烧结的化学物理过程无法控制,具有一定的随机性。
独立柱子 直径>1mm 影响因子有两个:
第一个是材料的支撑强度有一定的长径比;第二个是应为喷头挤料的时候在喷头与模型之间会有一个拉力,该力会使得立柱断裂。
凸字笔划 宽度>0.35mm 材料从喷头挤出、或者材料烧结的物理过程无法控制,具有一定的随机性,当几何体小到一定程度的时候,生产的结果和图纸会有很大的差别。
凹字笔划 宽度>0.2mm
小孔 最小0.5mm(深度1mm)
弯曲小孔 最小0.8mm以上
育孔 最小0.8mm以上
多零件间隙 ABS/PLA:0.5mm
光敏树脂:2.0mm
尼龙:0.5mm
玻璃纤维:0.5mm
金属:0.3mm
悬臂伸出角度
过桥能力
暂无网店规定
暂无网店规定
由于3D打印都是在重力环境下进行的,对于悬臂、过桥两种特殊情况会受到重力的影响,需要确定在什么情况下需要使用支撑结构。

选择合适的打印材料

设计师应根据理想成品的特性,进行打印材料的选择,但打印材料的可选范围同时也会受到3D打印技术和材料科学发展的制约。目前,1001号普遍采用FDM(熔融成型技术)工艺技术进行3D打印制作,可以提供的打印耗材如下:

  • ABS

    即丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 [Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymers] 简称ABS,是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物。ABS强度高、重量少、韧性好、易于加工成型。ABS外观呈浅象牙色、无毒无味。ABS材料在-25℃~60℃的环境下表现正常。

    成品产品表面易于染色和电镀,可以被用于家电外壳、玩具等日常用品,常见的乐高积木就是ABS制品。它还可以和多种树脂配混成共混物,如PC/ABS、ABS/PVC、PA/ABS、PBT/ABS等,产生新性能和新的应用领域,如:将ABS树脂和PMMA混合,可制造出透明ABS树脂。了解更多关于ABS的资料

  • PLA

    全称聚乳酸[ PolyLactic Acid] 简称PLA,是一种热塑性脂肪族聚酯。聚乳酸主要以玉米、木薯等为原材料,生产过程无污染,产品可降解,是理想的绿色高分子材料。 PLA热稳定性好,受热胀冷缩影响较ABS材料少。加工温度170~230℃,有好的抗溶剂性,可用多种方式进行加工,如挤压、纺丝、双轴拉伸,注射吹塑。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外,生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好,

    成品可用于餐饮食品、医疗器械、服装纺织、家居及户外用品、机械部件等多种领域。如一次性输液用具、餐饮食品包装、工业及民用织物、卫生用品、室外防紫外线织物、帐篷地垫、手机计算机外壳等。了解更多关于PLA的资料

选择合适的打印尺寸

设计师应根据实际需求和打印机的有效打印尺寸,进行模型尺寸的调整。

  • 首先,我们用“最大打印尺寸”来描述1001号的可打印尺寸(目前为500*500*500mm)。也就是说,在当前情况下,我们建议设计师模型的三维尺寸不要超过我们所能打印的最大尺寸。
  • 其次,根据所选的打印材料的不同性质(如热胀冷缩),模型尺寸在生产之前可能需要做出一些调整。所以我们建议设计师为模型保留可供调节的尺寸空间。
  • 如果设计师认为确实有必要进行大尺寸打印制作,我们建议设计师可以根据最大打印的尺寸范围,对模型进行切割或分部件打印,但切割后打印完成的部件,需要设计师自行粘合或组装。

图1 模型尺寸不要超过最大可打印尺寸

图2 根据需求调整模型的尺寸

【小提示】
使用3D软件建模时,可以在模型上加上可视的网格线来帮助确认模型大小。
在某些情况下,存在建模软件中的最小尺寸与打印机可打印的实际最小尺寸并不一致的情况。您可能需要调整设置或者模型大小。

设计底座或支撑结构

设计师在进行3D模型设计时,往往不需要考虑重力的影响。但重力存在的环境因素将会影响到模型打印制作的方方面面。

  • 首先,如果想让模型在不依靠其他支撑的情况下能够直立,模型必须有一个稳固的基座。因此设计师在进行模型设计时,需要考虑为模型建立一个底座或多个支撑点。
  • 其次,当设计模型的悬空部分超过一定体积后,设计师必须考虑为模型设计支撑的结构部件(打印完毕后去除)。

图3 给模型设计底座或支撑结构

设计封闭的几何体

设计模型应当具有封闭的边缘,设计师应当确保模型是一个封闭的几何体。

请检查所有的法线,保证它们都是指向几何体外部的。如果您的模型中有反向的法线(即指向几何体内部的法线),3D打印机会把这些地方视作平面上的洞。

此外,您还需要在进行三维图形的布尔运算(求交集、并集或差集)后清除在几何体内部重叠的部分。如果在排除可能出错的区域时碰到问题,我们建议您使用工具,如NetfabbAccuTrans,进行自动校正。

图4 法线朝外

图5 几何体应当是封闭的

设计材料的出料孔

由于模型打印的价格基本上取决于所使用材料的体积或重量,因此将模型设计为空心的形式(同时注意支撑结构),并在模型上设计一个足够大的出料孔,能够帮助设计师节约制作成本。同时,出料孔的存在也会便于我们清理支撑材料,以及对成品进行染色等后处理工艺。

当设计师在使用1001号进行打印时,模型会在一个填满了支撑材料的底座上一层一层地打印出来。以使用ABS打印为例,我们会用PLA做支撑材料。当设计师在模型上加了出料孔后,多余的支撑材料就会从出料孔中流出,减少了不必要的材料体积,节省了制作成本。

此外,当设计师使用ABS制作一些需要染色(例如染成珊瑚红、紫罗兰色、桃红、宝蓝等)的模型时,出料孔的设计就会显得尤为必要。在前期过程中未能顺利流出的多余材料可能会在染色的过程中流出,将导致模型无法均匀上色,最终破坏了成品的品相。

出料孔设计尺寸规则,请参照材料使用指南

图6 出料孔

图7 进行布尔运算后内部没有遗留重叠的几何体

避免共享边缘

所谓共享边缘,是指一个几何体的某些边被两个或两个以上的面所共用,比如两个几何体有一条边重合。共享边缘实际上是一个体积为零的直线或曲线,在物理世界中不可能存在。

假如3D模型中可能存在共享边缘(或称非流形几何体),我们建议使用Netfabb进行模型修复。

图8 不能有共用的边

避免细小的附属部件

在设计过程中,请尽量避免从模型的主体中伸出一些细小部件。当这些附属的部件过于细小或与主体的连接不够牢固时,在打印过程中以及后处理过程中,很容易被折断。

例如,假如我们要打印一个建筑模型,就需要特别注意这个模型的顶端,结构关节等部位。有些部位设计得过于精细后,在清洗或者其他处理过程中就会容易引起断裂。因此为了让伸出的小部件能够牢固地连接在模型主体上,我们建议设计师需要重新考虑模型的设计,或注意加强连接部分的强度。

下图展示的就是在一个模型中容易产生断裂的附属部件(塔的尖端部分):

图9 模型中容易折断的地方

避免过小的模型壁厚

在设计模型时,请务必注意所绘制的模型壁厚不能为零。物理世界中不存在厚度为零的物体,3D打印软件也无法处理厚度为零的几何体。

如果确实有需要,设计师也可以尝试将模型的壁厚设计为所使用材料允许的最小壁厚。但是当设计模型较大,或者模型结构比较复杂时,壁厚太薄可能会导致模型破裂。因此为了保险起见,我们建议模型壁厚的设定不能过小。具体厚度设定可以进行技术咨询。

图10 壁厚不能过小

避免常见结构力学错误

设计过程中,设计师应避免常见的结构力学错误,如“瘦臂综合症“。

图11 瘦综合症

为运动零部件之间预留空隙

3D打印虽然可以实现对多曲面、内部镂空等多种复杂形状的整体成型,但是对于一个需要利用组装的过程,实现零部件之间灵活转动的模型,我们依然建议设计师可以将所有的零件拆分成不同的打印文件进行制作。

设计师应该分开设计每一个零件,并将零件的独立文件上传至1001号的工单室。我们特别建议设计师将组装完成后的形象通过“补充说明”告诉我们,以确保我们可以充分理解设计师的本意。

如果设计师选择了打印零部件并组装成一个整体这样的工艺后,我们同时提醒设计师,在零部件与零部件之间,应预留差至少为0.5mm的空隙,更专业的方式还可以研究配合公差。

图12 零部件之间的距离差至少为0.5mm

输出为可识别的格式

1001号目前只支持上传和制作stl格式的3D模型文件。
以下为各种建模软件输出stl文件的方式。

  • 建模软件
  • 操作方法
  • Alibre
  • File(文件)→Export(输出)→Save As(另存为,选择.STL)→ 输入文件名→Save(保存)
  • AutoCAD
  • 输出模型必须为三维实体,且X、Y、Z坐标均为正值。在命令行中输入命令“Faceters” →设定FACETRES为1~10之间的一个值(1为低精度,10为高精度)→在命令行中输入命令“STLOUT” →选择实体→选择“Y”,输出二进制文件→选择文件名→保存
  • CADKey
  • 从Export(输出)中选择Stereolithography(立体光刻)→保存
  • Inventor
  • Save Copy As(另存复件为)→选择STL类型→选择Option(选项),设定为High(高精度) →保存
  • IronCAD
  • 右击要输出的模型→Part Properties(零件属性)→Rendering(渲染)→设定Facet Surface Smoothing(三角面片平滑)为150→File(文件)→Export(输出)→选择.STL→保存
  • Mechanical Desktop
  • 使用AMSTLOUT命令输出STL文件。下面的命令行选项影响STL的文件质量,应按以下规定设置:
    • Angular Tolerance(角度差)——设定相邻面片间的最大角度差值,默认15度,减小可以提高STL文件精度;
    • Aspect Ratio(形状比例)——该参数控制三角面片的高宽比。1表示三角面盘高度不超过宽度,默认值为0,即忽略;
    • Surface Tolerance(表面精度)——控制三角面片的边与实际模型的最大误差。设定为0.0000,将忽略该参数。
    • Vertex Spacing(顶点间距)——控制三角面片的边的长度,默认值为0.0000,即忽略。
  • ProE / ProE Wildfire
  • File(文件)→Export(输出)→Model(模型)或者选择File(文件)→Save a Copy(另存为一个附件) →选择.STL。重要设定: 设定弦高为0,然后该值会被系统制动设定为可接受的最小值;
    设定Angle Control(角度控制)为1。
  • Rhino
  • File(文件)→Save as(另存为.STL)
  • SolidDesginer(8.x)
  • File(文件)→Save(保存)→选择文件类型为STL
  • SolidDesigner
    (其它版本)
  • File(文件)→External(外部) →Save STL(保存STL)→选择Binary(二进制)模式→选择零件→输入0.001mm作为Max Deviation Distance(最大误差)→保存
  • SolidEdge
  • File(文件)→Save(保存)→选择文件类型为STL,重要选项:
    • 设定Conversion Tolerance(转换误差)为0.001in或者0.0254mm;
    • 设定Surface Plane Angle(平面角度)为45度。
  • Solidworks
  • File(文件)→Save As(另存为)→选择文件类型为STL,设定精度:Option(选项)→Resolution(品质)→Fine(良好)→OK(确定)
  • Think3
  • File(文件)→Save As(另存为)→选择文件类型为STL
  • Unigraphics
  • File(文件)→Export(输出)→Rapid Prototyping(快速原型)→设定类型为Binary(二进制),重要选项:
    设定Triangle Tolerance(三角误差)为0.0025
    设定Adjacency Tolerance(邻接误差)为0.12
    设定Auto Normal Gen(自动生成法向量)为On(开启)
    设定Normal Display(法向量显示)为Off(关闭)