การแยกชั้นของชิ้นงานพิมพ์ 3 มิติ: เหตุใดชิ้นส่วนจึงแตกหักหลังจากใช้งานไปหลายเดือน
ชิ้นส่วนที่เสียภายในชั่วโมงแรกเป็นปัญหาจากกระบวนการผลิต แต่ชิ้นส่วนที่เสียภายในเดือนที่สี่เป็นปัญหาที่แตกต่างออกไป:
มันผ่านการตรวจสอบแล้ว มันถูกติดตั้งแล้ว และเมื่อถึงเวลาที่มันถูกแยกชิ้นส่วน ก็ไม่มีใครจำได้ว่ากะไหนเป็นคนพิมพ์มัน
การแยกชั้นในการพิมพ์ 3 มิติทำงานแบบนั้นเพราะระนาบที่เปิดออกในท้ายที่สุดนั้นเป็นระนาบที่อ่อนแอที่สุดอยู่แล้ว
ในส่วนที่เกิดขึ้นในวันที่ผลิต เวลาไม่ได้สร้างความอ่อนแอขึ้นมา แต่มันสะสมความอ่อนแอเอาไว้
เครื่องบินลำนั้นที่มีอยู่ก่อนที่ใครจะบรรทุกผู้โดยสารเข้าไป
ผนังที่พิมพ์ขึ้นไม่ได้ทำจากโพลิเมอร์ชิ้นเดียว แต่ใช้เครื่องผลิตเส้นใยและเครื่องผลิตเม็ดโพลิเมอร์ในการสร้างผนังนั้น
ในทำนองเดียวกัน เพราะทั้งสองวิธีเป็นการเทวัสดุลงไปเป็นชุดๆ แทนที่จะเป็นการเทครั้งเดียว ไม่ว่าวัตถุดิบจะเป็นอย่างไรก็ตาม
มาในรูปแบบเส้นใยหรือเม็ดพลาสติก มันคือการเชื่อมซ้อนกันของชั้นต่างๆ เข้าด้วยกันบนแถบสัมผัสแคบๆ
และบริเวณนั้นคือจุดที่วัสดุสองชนิดรวมกันเป็นวัสดุเดียว ส่วนทุกอย่างที่อยู่เหนือและใต้บริเวณนั้นเป็นโพลิเมอร์แบบก้อน
ด้วยความแข็งแรงที่วัสดุนั้นได้รับการยอมรับ ดังนั้นความแข็งแรงของพันธะระหว่างชั้นจึงต่ำกว่าความแข็งแรงของ
วัสดุโดยรอบเป็นเรื่องของรูปทรงเรขาคณิต ไม่ใช่เรื่องของการควบคุมคุณภาพ
ทิศทางที่กำหนดไว้ในตัวนั้นไม่ใช่ข้อบกพร่องที่การตรวจสอบจะปฏิเสธได้ มันเป็นคุณสมบัติที่แบบแปลนแทบจะไม่กล่าวถึงเลย
และความยาวก็ยิ่งทำให้แย่ลงไปอีก สำหรับขนาดที่ใหญ่ที่สุดในกลุ่มผลิตภัณฑ์ เตียงมีขนาด 1,800 × 2,400 มม. ดังนั้นผนังจึง...
ชิ้นส่วนที่มีความยาวตลอดนั้นมีส่วนเชื่อมต่อกันเป็นมิลลิเมตรจำนวนเท่านี้ ชิ้นส่วนที่ออกแบบมาราวกับว่า
หากวัสดุมีความสม่ำเสมอ เจ้าของจะประหลาดใจในที่สุด
อะไรที่ถูกแช่แข็งไว้ในชิ้นส่วนนั้นระหว่างการถ่ายทำ
ความเค้นตกค้างในการพิมพ์ 3 มิติ คือผลที่ตามมาของการสร้างรูปทรงจากวัสดุร้อนซึ่งถูกจำกัดทันที
โดยวัสดุที่แข็งตัวแล้ว แต่ละรอบที่ส่งมาจะนุ่มนวล ถูกกดลงบนพื้นผิวที่ไม่ขยับเขยื้อน และ
แข็งตัวในตำแหน่งนั้น นอกจากนี้ ผลิตภัณฑ์ที่อัดขึ้นรูปยังแสดงให้เห็นถึงการเรียงตัวของโมเลกุลจากการถูกดันผ่านหัวฉีดด้วย
และแนวการจัดเรียงนั้นจะหยุดนิ่ง ณ จุดที่ลงจอด ดังนั้นการส่งผ่านจึงมีความแข็งเกร็งตามแนวยาวมากกว่าตามแนวกว้าง
สิ่งเหล่านี้จะไม่ปรากฏให้เห็นในการตรวจสอบในวันเดียวกัน เครื่องจักรที่มีความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งถึง 0.02 มิลลิเมตร ก็ยังคงสร้างชิ้นงานที่มีปัญหาอยู่ดี
ผนังที่มีระนาบที่อ่อนแอที่สุดนั้นมองไม่เห็นด้วยเครื่องมือที่ใช้วัด ความแม่นยำไม่ได้บอกอะไรเกี่ยวกับวิธีการ
รอยตัดสองรอยต่อกันแล้ว ชิ้นส่วนที่พิมพ์ใหม่กำลังกักเก็บน้ำหนักที่ยังหาที่ไปไม่ได้อยู่
และบริเวณรอยต่อเป็นจุดที่แรงกระทำนั้นกระจุกตัวอยู่ เนื่องจากเป็นส่วนที่ต่อเนื่องน้อยที่สุดของผนัง ส่วนที่ ก.
ส่วนหนึ่งและส่วนเชื่อมต่อคือเส้นที่คุณสามารถหาได้ด้วยใบมีด
เหตุใดปฏิทินจึงเป็นส่วนหนึ่งของกลไก
หากถามว่าทำไมชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติถึงแตกหักเมื่อเวลาผ่านไป คำตอบที่ตรงไปตรงมาคือมีสามกระบวนการ ซึ่งไม่มีกระบวนการใดแสดงให้เห็นเลย
มีความสนใจในสัปดาห์แรกหรือไม่ ทั้งสามคนโจมตีเครื่องบินลำเดียวกัน
การคลายความเครียดในพอลิเมอร์ หมายถึง วัสดุที่อยู่ภายใต้ความเครียดอย่างต่อเนื่องจะค่อยๆ กระจายภาระที่รับไว้
ในข้อต่อที่ถูกยึดไว้ การกระจายแรงนั้นจะทำให้แรงกดไปอยู่ที่จุดเชื่อมต่อที่ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อรองรับแรงนั้น
การเคลื่อนตัวของชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติก็เหมือนกับเหรียญ 3 มิติ เพียงแต่เห็นเป็นการเคลื่อนไหวมากกว่าภาระ: ภายใต้แรงดึงคงที่ ชิ้นส่วนที่ยึดติดกันจะเคลื่อนตัว
รอยต่อจะเสียรูปอย่างช้าๆ และการเสียรูปที่ช้าๆ นี้เองที่ทำให้ช่องว่างเล็กๆ บริเวณแนวเชื่อมกลายเป็นรอยแตกที่ขยายตัวออกไป
กระบวนการที่สามทำงานกับนาฬิกาแทนที่จะเป็นปฏิทิน การสั่นสะเทือน การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเมื่อเทียบกับสิ่งที่อยู่ใกล้เคียง
ชิ้นส่วนเหล็กและการรับแรงแบบเริ่ม-หยุดซ้ำๆ จะทำให้รอยต่อเปิดออกเล็กน้อยในแต่ละรอบ ส่งผลให้เกิดรอยแตกที่ขยายตัวขึ้นทีละเล็กน้อย
ความคลาดเคลื่อนเพียงมิลลิเมตรเดียวต่อรอบการใช้งาน 1,000 รอบนั้น มองไม่เห็นในการทดสอบระยะสั้น แต่จะเห็นได้ชัดเจนหลังจากใช้งานไปหนึ่งฤดูกาล
สภาพแวดล้อมเป็นเพียงตัวกระตุ้น ไม่ใช่สาเหตุ
การเปิดรับแสงมีความสำคัญที่สุดในบริเวณที่มีแรงดึงต่อเนื่องอยู่แล้ว ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมบริเวณรอยต่อจึงเป็นจุดที่เหมาะสมที่สุด
จุดที่เกิดความเสียหายไม่ใช่ผนัง การดูดซับความชื้นของชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติไม่ใช่เรื่องของความสวยงาม: โพลิเมอร์ที่มีขั้วจะดูดซับความชื้น
เมื่อสัมผัสกับน้ำ ผนังจะบวมและอ่อนตัวลง และการบวมจะไม่สม่ำเสมอแม้ในผนังที่หนา รอยแตกร้าวจากความเครียดทางสิ่งแวดล้อมก็เกิดขึ้นเช่นกัน
ส่วนที่เหลือซึ่งเป็นบริเวณที่ของเหลวในกระบวนการผลิต น้ำมัน หรือสารทำความสะอาดตกค้างอยู่บนพื้นผิวที่รับน้ำหนัก ก่อให้เกิดรอยแตกและรอยแยกตามมา
เครื่องบินที่อ่อนแอที่สุดเท่าที่มีอยู่
ภาระการให้บริการไปอยู่ที่ไหนกันแน่
ชิ้นส่วนจะเสียหายตามแนวชั้นเมื่อแรงกระทำขวางแนวชั้นนั้น ชิ้นส่วนเดียวกันที่รับแรงภายในระนาบของชั้นจะแข็งแรงกว่ามาก
และความแตกต่างนั้นมีขนาดใหญ่กว่าที่แบบร่างส่วนใหญ่จะยอมรับได้ การรับน้ำหนักใช้งานจริงมักไม่เป็นไปตามแบบร่าง: สลักเกลียว
บิดด้านหนึ่ง ตัวยึดที่งอได้เมื่อเครื่องเริ่มทำงาน ชิ้นส่วนที่ถูกยึดไว้ทั้งสองด้าน
การติดตั้งมักเป็นช่วงเวลาที่สำคัญที่สุด เพราะการขันน็อตแน่นเกินไปจะทำให้เกิดแรงดึงที่บริเวณรอยต่อ
ก่อนที่ชิ้นส่วนนั้นจะเริ่มทำงานจริงเสียด้วยซ้ำ
ควรลองวาดเส้นทางการรับน้ำหนักลงบนกระดาษก่อนที่จะพิมพ์อะไรลงไป: เริ่มจากตัวยึด ผ่านผนัง แล้วจึงผ่านไป
ทะลุผ่านเข้าไปในส่วนใดก็ตามที่ชิ้นส่วนนั้นติดตั้งอยู่ ในแต่ละขั้นตอน คำถามนี้มีคำตอบเพียงสองคำตอบเท่านั้น — ความตึงเครียด
วิ่งไปตามแนวเลเยอร์ หรือข้ามแนวเลเยอร์ หากคำตอบคือข้อที่สอง การแก้ไขควรอยู่ในแบบร่าง
ไม่อยู่ในเครื่องหั่น
ลดโอกาสการได้รับชิ้นส่วนก่อนที่ชิ้นส่วนจะออกจากร้าน
เริ่มจากส่วนต่อประสานผู้ใช้ก่อน การพิมพ์ระยะยาวหมายถึงส่วนต่อประสานผู้ใช้จำนวนมาก เช่น ช่วงความหนาของชั้นการพิมพ์ของเครื่องจักร ซึ่งอยู่ที่ 0.04 มม. ที่
ปลายละเอียดขนาด 0.6 มม. และปลายหยาบขนาด 0.6 มม. ทำให้ผนังด้านหนึ่งสามารถรองรับระนาบการยึดติดได้มากถึงสิบห้าเท่าที่ปลายด้านหนึ่ง
เช่นเดียวกับด้านอื่นๆ และโดยปกติแล้วในแบบร่างจะไม่ได้ระบุว่าใช้ด้านใด ความหนาของผนังสม่ำเสมอตลอดแนว
เส้นทางการรับน้ำหนักทำงานคล้ายกัน เช่นเดียวกับการหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนจากบางไปหนา ซึ่งเป็นจุดที่วัสดุต้องยึดติดกับวัสดุที่หนากว่ามาก
มวลที่ใหญ่กว่าและมุมภายในที่แหลมคมซึ่งเป็นจุดที่เกิดความเค้นสะสม
จากนั้นออกแบบให้แรงกระทำอยู่ห่างจากระนาบ ในส่วนที่ชิ้นส่วนจะรับแรงดึงอย่างต่อเนื่อง ให้จัดวางชิ้นส่วนนั้นเพื่อให้แรงดึงไหลผ่าน
โดยวางวัสดุภายในชั้นต่างๆ แทนที่จะวางข้ามชั้น และเพิ่มวัสดุในบริเวณที่ตัวยึดอยู่ การปิดผนึกพื้นผิวด้วยการพิมพ์ 3 มิติ
การพิจารณาเลือกใช้ชิ้นส่วนที่มีพื้นผิวปิดสนิทนั้นเป็นสิ่งสำคัญสำหรับชิ้นส่วนใดๆ ก็ตามที่สัมผัสกับของเหลวหรือใช้งานในอากาศชื้น เพราะพื้นผิวที่ปิดสนิทจะช่วยชะลอการรั่วซึม
ดูดซับความชื้นและป้องกันไม่ให้สารกัดกร่อนเข้าใกล้ปลายเปิดของส่วนเชื่อมต่อ
ชิ้นส่วนรับน้ำหนักควรพิมพ์พร้อมกับชิ้นงานที่พิมพ์ในชุดเดียวกัน โดยมีขนาดการพิมพ์ให้เลือกถึง 42 ขนาด จึงควรตั้งชื่อไฟล์ให้เหมาะสม
การตรวจสอบเพียงอย่างเดียวจะไม่สามารถระบุสาเหตุของความล้มเหลวกลับไปยังเครื่องจักรได้หลังจากผ่านไปสามเดือน แต่บันทึกการผลิตจะช่วยได้
สุดท้ายนี้ ควรควบคุมสิ่งที่เกิดขึ้นหลังจากการพิมพ์ ชิ้นส่วนรับน้ำหนักไม่ควรวางทิ้งไว้นานหลายเดือนในสภาพแวดล้อมที่ไม่สามารถควบคุมได้
ชิ้นส่วนที่สำคัญต่อการรับน้ำหนักและจัดเก็บในคลังสินค้า ควรติดตั้งโดยใช้แรงบิดที่คุณกำหนดเอง ไม่ใช่แรงบิดที่ช่างติดตั้งเลือก
บทสรุป
การแยกชั้นของชิ้นงานพิมพ์ 3 มิติหลังจากใช้งานไปได้หลายเดือนนั้นไม่ใช่เรื่องโชคร้าย และไม่ใช่ข้อบกพร่องที่ซ่อนเร้นซึ่งหลุดรอดการตรวจสอบคุณภาพไปได้
นี่คือผลลัพธ์ที่คาดการณ์ได้จากความเครียดที่สะสม ความอ่อนแอ และสภาพแวดล้อมที่ส่งผลต่อทั้งสองอย่าง
สร้างแนวเชื่อมที่แข็งแรงทนทานยิ่งขึ้น ป้องกันไม่ให้แรงกดทับต่อเนื่องส่งผลต่อระนาบ ลดความเร็วของสภาพแวดล้อม และกำหนดรายละเอียดเพิ่มเติม
ชีวิตที่คุณต้องการ ขอให้วัสดุนั้นแบกรับสิ่งที่มันสามารถทำได้ในทิศทางที่มันสามารถทำได้ และรอยแตกนั้น
สิ่งที่ควรจะมาถึงในฤดูกาลหน้า ยังคงอยู่ในที่ที่ควรอยู่ นั่นคือในการวิเคราะห์
