Jak navrhovat modely pro 3D tisk: Pravidla a tipy pro úspěch

Navrhli jste dokonalý 3D model v CADu, ale při pokusu o tisk se rozpadl, vyžadoval obrovské množství podpor, nebo se vůbec nepodařilo vytisknout? Problém není v tiskárně – je v designu. 3D tisk má svá specifická omezení a pravidla, která je nutné respektovat již ve fázi návrhu. Když je budete znát, vytvoříte modely, které půjdou vytisknout na první pokus.

Design for Additive Manufacturing (DfAM)

“Design for Additive Manufacturing” neboli návrh pro aditivní výrobu je disciplína, která se zaměřuje na optimalizaci modelů pro 3D tisk. Na rozdíl od tradičních výrobních metod (frézování, lití, lisování) má 3D tisk úplně jiné možnosti i omezení:

Výhody 3D tisku:

• Schopnost vytvořit téměř jakýkoliv tvar bez formy
• Možnost tisknout dutiny a vnitřní struktury
• Minimální odpad materiálu
• Žádné nástroje – přímá výroba z modelu

Omezení 3D tisku:

• Potřeba podpor pro převislé části
• Minimální rozměry (tenké stěny, malé detaily)
• Anizotropie – rozdílná pevnost v různých směrech
• Vrstvová struktura (viditelné vrstvy)

Pochopení těchto faktů je prvním krokem k úspěšnému designu.

1. Minimální tloušťka stěn

Proč je to důležité?

Příliš tenké stěny se buď vůbec nevytisknou, nebo budou extrémně křehké a nelze je použít. Každá 3D tisková technologie a každý materiál má své minimum.

Doporučení pro FDM tisk:

• Absolutní minimum: 0.8 mm (2× šířka standardní 0.4 mm trysky)
• Doporučené minimum pro funkční díly: 1.2-2 mm
• Pro mechanicky namáhané díly: 3+ mm

Praktické tipy:

• Násobky šířky trysky: Navrhujte tloušťku stěn jako násobky šířky trysky (0.4, 0.8, 1.2, 1.6 mm atd.)
• Testovací tisk: Pokud si nejste jisti, vytiskněte malý testovací vzorek
• Zesilení kritických míst: Oblasti jako rohy, spojení nebo místa s otvory potřebují větší tloušťku

Chyby, kterým se vyhnout:

❌ Modelování dekorativních detailů s tloušťkou 0.2 mm – nevytiskne se ✅ Minimálně 0.8 mm pro detaily, nebo je vynechejte a přidejte texturou

2. Přesahy a úhly (Overhangs)

Co jsou přesahy?

Přesahy jsou části modelu, které “visí ve vzduchu” bez opory zespod. Představte si vikýř na střeše nebo rozevřené ruce sochy.

Pravidlo 45°:

Úhly do 45° od vertikály se dají tisknout bez podpor. Čím větší úhel (blíže k horizontále), tím více podpor potřebujete.

• 0-45°: Bezproblémový tisk bez podpor
• 45-60°: Možné s dobrým chlazením, ale riskantní
• 60-90°: Vyžaduje podpory (90° = vodorovná plocha)

Jak navrhnout design s minimem podpor:

1. Orientace modelu: Při slicování zkuste model natočit tak, aby kritické přesahy byly menší než 45°
2. Přidání šikmých podpěr do designu: Místo kolmých přesahů navrhněte šikmé
3. Rozdělení modelu: Složité modely rozděľte na části a tisknout každou v optimální orientaci
4. Zaoblení místo ostrých přesahů: Postupné přechody se tisknou lépe než prudké

Příklad:

❌ Most s rovnou spodní hranou – vyžaduje podpory ✅ Most se zakřivenou nebo šikmou spodní hranou – bez podpor

3. Mosty (Bridging)

Co je bridging?

Bridging je schopnost tiskárny vytisknout horizontální přemostění mezi dvěma body bez podpory uprostřed. Například tisk prvního “stropu” dutého boxu.

Jak daleko můžete přemostit?

• Běžně: 10-20 mm (závisí na materiálu a chlazení)
• S dobrým nastavením: až 50 mm
• Pro delší vzdálenosti: použijte podpory nebo změňte design

Tipy pro úspěšné bridging:

• Dobrý part cooling (chlazení modelu) – esenciální pro ztuhlost filamentu
• PLA se přemosťuje nejlépe, PETG a flexibilní materiály hůře
• Orientace modelu: Otáčejte model tak, aby mosty byly co nejkratší
• Testovací most: Vytiskněte si bridging test pro kalibraci nastavení

4. Malé detaily a minimální rozlišení

Minimální velikost detailů:

Pro FDM tisk s 0.4 mm tryskou:

• Minimální vodorovné detaily (XY): 0.4-0.5 mm (velikost trysky)
• Minimální svislé detaily (Z): 0.1-0.2 mm (výška vrstvy)
• Minimální otvory: 1 mm průměr (menší se často ucpou)
• Text a rytí: minimálně 1-2 mm vysoká písmena

Jak zachovat detaily:

• Zvětšete důležité detaily – raději větší než nečitelné
• Použijte menší trysku (0.2 mm nebo 0.3 mm) pro jemnější modely
• Snižte výšku vrstvy na 0.1 mm nebo 0.12 mm
• Změňte metodu tisku: Pro extrémní detaily zvažte SLA/Resin tisk

5. Tolerances (vůle mezi díly)

Proč jsou důležité?

Pokud navrhujete díly, které mají do sebe zapadat (kloub, posuvná část, šroub), musíte počítat s výrobní tolerancí. 3D tisk není 100% přesný.

Doporučené vůle pro FDM:

• Volné spojení (snadno posuvné): 0.3-0.5 mm
• Běžné spojení (lehký odpor): 0.2-0.3 mm
• Těsné spojení (zasunutí silou): 0.1-0.15 mm
• Šrouby M3: otvor 3.2-3.4 mm (pro zašroubování do plastu)
• Šrouby M3 s maticí: otvor 3.4-3.5 mm

Praktický postup:

1. Vytiskněte toleranční test – model s různými vůlemi
2. Zjistěte optimum pro vaši tiskárnu – každá je trochu jiná
3. Aplikujte naučené tolerance do finálních modelů

6. Vnitřní výplň (Infill) vs. plné stěny

Kdy použít výplň vs. plné stěny?

Výplň (infill):

• Úspora materiálu a času
• Dostatečně pevný pro většinu aplikací
• Doporučeno: 15-30 % pro běžné díly, 50-100 % pro mechanicky namáhané

Plné stěny:

• Maximální pevnost
• Voděodolnost, vzduchotěsnost
• Hladší vnější povrch

Optimalizace v návrhu:

• Navrhujte dutiny záměrně: Ušetříte hmotnost a materiál
• Žebrování (ribs): Místo silných plných částí použijte tenké stěny s vnitřním žebrováním
• Honeycomb struktury: Navrhujte vnitřní struktury podobné infill přímo do modelu

7. Orientace tisku

Proč je orientace kritická?

Stejný model může být pevný nebo slabý v závislosti na orientaci tisku, protože vrstvy mají tendenci se oddělit při namáhání kolmo na směr vrstvení.

Základní pravidla:

• Zatížení podél vrstev: Model je pevnější, když je zatížení podél vrstev, ne napříč
• Minimalizujte podpory: Orientujte tak, aby jste potřebovali co nejméně podpor
• Estetika: Horní plochy jsou hladší než boční (vrstvy)

Příklad:

Háček na zavěšení:

• ❌ Orientace s vrstvami kolmo na směr zatížení → praskne mezi vrstvami
• ✅ Orientace s vrstvami podél směru zatížení → pevné

8. Podpěry (Supports) – kdy a jak

Kdy jsou podpory nutné?

• Přesahy větší než 45-50°
• “Ostrovy” – části modelu začínající ve vzduchu
• Tenké vysoké struktury (prevence kývání)

Minimalizace podpor v designu:

1. Rotace modelu pro lepší orientaci
2. Rozdělení modelu na více částí
3. Přidání šikmých podpěr do samotného designu
4. “Teardrop” otvory: Místo kruhového otvoru ve svislé stěně použijte tvar slzy

Příklad “teardrop”:

Kruhový otvor ve svislé stěně má nahoře 90° přesah → vyžaduje podpory Teardrop otvor (kruh se špičkou nahoře) → žádné podpory!

9. Srážky a zaoblení (Fillets a Chamfers)

Proč jsou důležité?

Ostré vnitřní rohy jsou:

• Náchylné k praskání (koncentrace napětí)
• Obtížně tisknutelné (tryska musí prudce zabrzdí a zrychlit)

Doporučení:

• Vnitřní rohy: Vždy zaoblujte (fillet), minimálně R = 0.5-1 mm
• Vnější rohy: Chamfer nebo fillet pro lepší pevnost a estetiku
• Díry a otvory: Zaoblení hran usnadňuje montáž a snižuje napětí

10. Šrouby, závity a spoje

Závity vytištěné přímo v modelu:

• Možné pro M8 a větší, ale náchylné na poškození
• Doporučeno: Samořezné vruty nebo závitové vložky

Závitové vložky (Heat-set inserts):

✅ Nejlepší řešení pro opakované montáže

• Kovové vložky zalisované teplem do plastu
• Pevné a opakovaně použitelné

Samořezné vruty:

• Navrhněte otvor menší než vnější průměr šroubu
• M3 samořezný: otvor 2.5-2.7 mm
• Funguje dobře pro příležitostné spojení

Chyby, kterých se vyvarovat

❌ Top 5 designových chyb:

1. Non-manifold geometry: Model s děrami nebo překrývajícími se plochami → slicer to nedokáže zpracovat
2. Tenké stěny pod 0.8 mm → nevytiskne se
3. Velké ploché základny bez přilnavosti → warping a odlepení
4. Ignorování směru zatížení při orientaci → slabý výtisk
5. Příliš složité podpory → zbytečný materiál a čas

Nástroje a software pro kontrolu tisknutelnosti

Před tiskem vždy zkontrolunjte:

• Slicer (PrusaSlicer, Cura): Simulace tisku odhalí problémy
• Meshmixer (Autodesk): Kontrola a oprava chyb v geometrii
• Netfabb: Profesionální nástroj pro opravu modelů
• Online validátory: Např. 3D Print Checker

Nenechte nic náhodě – nechte nás zkontrolovat váš design

Navrhli jste model a nejste si jisti, zda půjde vytisknout? Nabízíme bezplatnou konzultaci a kontrolu vašeho 3D modelu před tiskem. Pomůžeme vám:

• Identifikovat problémy v designu
• Navrhnout optimalizace pro lepší tisknutelnost
• Vybrat správný materiál a orientaci tisku
• Zajistit, že výsledek bude přesně takový, jak potřebujete

Pošlete nám svůj model a my vám řekneme, jestli je připravený na tisk, nebo co je potřeba upravit.