嵌套在聚合物 3D 打印中的作用

在开展 3D 打印业务时，降低打印成本是首要目标之一。实现成本节约和优化 3D 打印车队使用的一种方法是通过嵌套，这是 3D 打印数据准备过程中的一个常见步骤。

今天我们将看看什么是嵌套、它的好处，以及一些可以帮助您更有效地应用嵌套的技巧。

什么是 3D 打印中的套料？

在 3D 打印中，嵌套是构建准备阶段的一部分，可优化 3D 打印机构建体积的使用。

嵌套可以与俄罗斯方块进行比较，在游戏中，您需要排列不同形状的下落块以填充线条，而通过嵌套，您可以尝试将尽可能多的零件打包到一台 3D 打印机中，以节省成本并提高机器生产力。

嵌套最常与粉末床融合 (PBF) 技术一起使用，例如选择性激光烧结 (SLS) 和惠普的多射流融合 (MJF)。

自动或手动嵌套排序、定向和排列 3D 文件，以最大化 3D 打印机内的空间，而不会干扰非构建区域。嵌套使用效率低下会导致材料浪费和印刷错误。

为什么要在 3D 打印中使用嵌套？

1.优化机器容量

在 PBF 中，印刷过程涉及使用粉末聚合物和热源。当一层粉末散开时，热源会追踪软件定义的零件轮廓，从而熔化材料。重复这个过程，直到零件生产出来。

成品零件留在 3D 打印室中，充满未熔化的松散粉末，需要移除和清洁。

围绕打印部件的松散粉末也可用作支撑材料，可以部分回收和再利用。

PBF 的材料价格昂贵，可能占零件成本的很大一部分。为了最大限度地提高 PBF 3D 打印机的产量，同时引入更高的材料效率，公司需要充分利用其产能。

嵌套已成为实现更高包装密度的解决方案之一 - 这实质上意味着在一次构建中包装尽可能多的零件，以最佳利用机器能力。

通过包装更多零件，您可以在更短的时间内打印相同数量的零件或在同一个构建室中打印更多零件。

2.节省材料

在 PBF 中，您总是必须使用比打印零件所需的更多的粉末。实际数量由您的模型有多高来定义。未使用的粉末可以通过与新鲜粉末混合重新使用，但在许多情况下，会浪费大量粉末。

例如，一家服务提供商估计，在其每月购买的 500 公斤粉末中，“25% 成为零件，25% 成为浪费，50% 被重复使用以刷新下一个版本”。

通过优化嵌套零件并降低构建平台的高度，您可以节省材料并加快生产速度。

3.降低成本

在计算 3D 打印零件的成本时，最重要的因素之一是零件的边界框，它指的是包含整个 3D 模型的矩形空间，并决定了零件在 3D 内部占用的空间量打印机。

通过最佳地嵌套您的碎片，您可以将更多的碎片放入一个边界框。这将允许您一次打印更多零件，这意味着您可以更快地生产并减少浪费的粉末 - 节省不必要的费用。

据估计，嵌套模型可以节省大约 30%。在设计零件时考虑到嵌套可以进一步节省高达 60% 的成本。

也就是说，并非所有部件都会从嵌套中受益。有时在单独的边界框中打印零件更经济，如下图所示。

手动与自动嵌套

今天，嵌套功能可以在大多数 3D 打印数据准备解决方案中找到。许多此类软件解决方案都提供手动嵌套，这往往很耗时，并且需要技巧才能在板上找到尽可能最小化空间的最佳零件组合。

一个经验法则是从最大的模型开始，然后在它周围布置较小的部件，或者，如果可能的话，在它内部布置。

市场上的一些工具也提供自动嵌套，如 Materialise Magics 和 Netfabb，有助于加快嵌套过程。

自动嵌套工具可以使用两种类型的零件嵌套之一：边界框或基于几何的嵌套。

边界框嵌套采用零件的最大 X、Y 和 Z 值，并在零件周围形成一个框。基于几何的嵌套查看基于实际零件几何的零件表面和空间。

边界框嵌套的缺点是它很难达到更高的部件密度。一个好的做法是在使用软件运行自动嵌套算法之前手动预嵌套零件。

无论是自动还是手动嵌套，使用 SLS 工艺在 3D 文件中的所有组件之间至少留出 1.5 毫米的间隙，在 MJF 工艺中留出 5 毫米的间隙，这一点很重要。这将防止部件在打印过程中熔化。

使用嵌套通过 3D 打印实现更高的生产力

嵌套是 3D 打印数据准备的关键步骤。它有助于优化机器容量、降低成本和打印时间，同时提高机器生产力。

虽然目前嵌套仍然主要是手动操作，但自动嵌套软件正在不断发展，以使 3D 打印设计师能够通过更快地嵌套来优化他们的构建。

最终，在设计过程的早期考虑嵌套将使您能够开展更有利可图的 3D 打印业务。