3D печать: все о нагреве

Нагревание пластиковых нитей в специализированных принтерах, оборудованных экструдерами с подогревом и печатными платформами, создает основу для формирования изделий из расплавленных нитей, также известное как 3D-печать.

В настоящее время 3D-принтеры используются для создания инструментов, операторского оборудования, медицинских моделей, телефонов и технических аксессуаров, предметов домашнего декора, игрушек и моды - это лишь некоторые из них. Сферы применения 3D-печати практически безграничны.

С 2009 года, когда истек срок действия основного патента на портативные 3D-принтеры, 3D-печать превратилась в собственную отрасль. В результате, 3D-принтеры являются одним из определяющих продуктов нашего времени.

В настоящее время 3D-принтеры используются для создания практически всего, что вы можете себе представить - инструменты, операторское оборудование, медицинские модели, аксессуары для телефонов и персональных технологий, домашний декор, игрушки и мода, и это лишь некоторые из них. Его области применения почти бесконечны. Теоретически, при 3D печати можно изготовить любой твердый предмет. Хотя некоторые ограничения в технологии не позволяют печатать с определенными размерами и с определенными материалами, исследования и разработки быстро расширяют возможности.

Наиболее популярным типом 3D-печати является моделирование методом наплавки (FDM). Моделирование изделия на принтере осуществляется путем плавления и выдавливания катушки пластиковой нити через сопло по мере его перемещения вверх, вниз и поперек указанных координат XYZ.

Создание продукта с использованием процесса FDM выглядит примерно так:

• 3D-модель создается с использованием программного обеспечения.
• Модель экспортируется в виде файла стереолитографии (формат .stl), а затем импортируется в программное обеспечение для нарезки.
• Файл разбивается на слои изделия, и генерируются конкретные пути инструмента.
• Дизайн отправляется на принтер.

В течение нескольких минут - или, возможно, часов или дней, в зависимости от размера и сложности детали - деталь изготавливается путем аддитивного производства.

Нагрев для 3D-печати

3D-объекты изготавливаются путем плавления, формования и охлаждения пластика.

Несколько ключевых компонентов создают и управляют нагревом в принтере FDM:

• Экструдер.
• Рабочий стол.
• Вентилятор многослойного охлаждения.

Более внимательное рассмотрение каждого из них объяснит, как они влияют на результат печати.

Экструдер. 

Экструдер - это место, где находится большая часть технологий принтера. Он состоит из холодного конца, который протягивает нить через систему, и горячего конца, который расплавляет нить по мере ее экструзии.

Внутри горячего конца экструдера находится нагревательный блок. Как правило, это элемент из алюминия с отверстием для патронного ТЭНа. Нагревательный элемент расплавляет нить, когда она проходит через тепловую трубку и достигает сопла.

Также в экструдере установлен радиатор вентилятора. Этот охлаждающий элемент помогает предотвратить попадание тепла в части экструдера, которые должны находиться при более низких температурах.

Стоит упомянуть еще один элемент экструдера - термистор или термопару. Этот термодатчик определяет и помогает отрегулировать температуру горячего конца.

Рабочий стол.

Рабочий стол - это поверхность, на которой нить осаждается в заданной форме в процессе печати. Большинство печатных плат нагреваются, чтобы предотвратить слишком быстрое охлаждение пластика и появление деформации продукта. Печатные столы обычно сохраняют температуру где-то между 50 и 100 ° C. Конкретные требования к температуре зависят от того, какой тип пластика используется.

Некоторые принтеры не имеют подогреваемых столиков. Эти машины ограничены в материалах, которыми они могут печатать. Кроме того, материалы могут не прилипать к этим слоям, и расплавленные части с большей вероятностью выскочат из середины печати.

Вентилятор многослойного охлаждения. 

Покровный вентилятор охлаждает пластик после выхода из сопла. Этот элемент помогает создаваемому продукту сохранять свою форму при печати.

Контроль тепла: решение проблем, связанных с нагревом

Поскольку 3D-печать так сильно зависит от температуры нагрева, любые температурные проблемы могут легко нарушить весь процесс. Общие проблемы, возникающие в 3D-печати, включают в себя

• Тепловая ползучесть 
• Деформация и изгиб.
• Расплавленные или деформированные изделия.
• Трещины по бокам более высокого изделия.
• Уклон или изгиб в нижней части (слоновая нога).
• Размытый или неопределенный первый слой.

Производители могут столкнуться с такими проблемами из-за неидеальных температур.

В то время как исследования и разработки в области 3D-печати продолжаются, усовершенствованная технология предлагает еще более точный контроль над более высокими температурами, давая высококачественные напечатанные изделия из трудных в работе материалов.

Тепловая ползучесть 

Расползание тепла происходит, когда нагрев распространяется неравномерно через горячий конец экструдера. Это происходит, когда нить охлаждается при выдавливании и тепло поднимается вверх по трубке с термическим барьером. Это приведет к тому, что нить нагреется и набухнет слишком рано и прилипнет к стенкам термобарьерной трубки. Ползучесть при нагревании может вызвать засорение, которое останавливает печать, и такие засорения трудно устранить.

В результате трубки с тепловым барьером часто предназначены для предотвращения тепловой ползучести. Зубцы или нити в трубе помогают предотвратить проникновение тепла в места, где оно не требуется. Кроме того, есть несколько превентивных мер, которые могут быть предприняты для предотвращения негативного эффекта. 

Деформация и изгиб. 

Деформация продукта происходит, когда пластик охлаждается слишком быстро после экструзии. Поскольку при охлаждении пластик немного сжимается, быстрое охлаждение может вызвать изгиб пластика при его затвердевании.

Искривление можно предотвратить, если поддерживать пластик чуть ниже температуры плавления на печатной платформе. Если происходит деформация, скорее всего, температура печатающего устройства должна быть увеличена.

Расплавленная или деформированная печать. 

Когда напечатанные изделия выглядят обвисшими, виноват чрезмерный  нагрев. Печать FDM требует точного баланса между температурой, которая обеспечивает хороший поток, и температурой, которая обеспечивает быстрое затвердевание.

Чтобы исправить расплавленные отпечатки, отрегулируйте настройки температуры. Во-первых, убедитесь, что температура находится в пределах соответствующих параметров для материала. Затем попробуйте уменьшить температуру сопла на 5 ° C за раз.

Трещины на сторонах более высоких отпечатков. 

Иногда, когда более высокие кусочки создаются на 3D-принтерах, между некоторыми из более высоких слоев могут появляться трещины. Это потому, что эти слои слишком далеко удалены от тепла печатного слоя. После экструзии нить охлаждается слишком быстро и становится не такой клейкой, как должна быть. Это приводит к появлению небольших пространств или трещин между слоями.

Чтобы не допустить слишком быстрого охлаждения нити, попробуйте увеличить температуру экструдера примерно на 10 ° C.

Уклон или изгиб у основания. 

Сгибание или искривление вблизи основания печатных объектов происходит, когда вес модели давит на нижние слои до того, как они соответствующим образом охладятся.

Эта деформация нижних слоев устраняется за счет более быстрого охлаждения. Это может быть достигнуто путем понижения температуры печатного стола на 5 ° C за один раз, пока не будут достигнуты желаемые результаты.

Размытый и неопределенный первый слой. 

Иногда первый слой может получиться размытым. Когда это происходит, углы кажутся неопределенными, а нити накала выглядят неряшливо. Обычно это происходит потому, что печатный рабочий стол слишком горячий, и это приводит к тому, что пластик теряет свою форму.

Решение этой проблемы, вероятно, довольно очевидно. Может потребоваться уменьшить температуру печатного стола на 5 ° C за один раз, пока не будут достигнуты желаемые результаты.

Нити бывают разных цветов и текстур и предлагают эффекты, начиная от светящегося в темноте до внешнего вида и запаха дерева.

Температурные ограничения материалов

Есть несколько вариантов накаливания. Нити бывают разных цветов, текстур и предлагают эффекты, начиная от свечения в темноте до внешнего вида и запаха дерева. Важной частью овладения использованием этих различных материалов является понимание конкретных температурных требований для каждого материала. Несоблюдение этих параметров может привести к любой из упомянутых проблем, связанных с температурой.

Более высокие температуры равны большим возможностям. Когда 3D-принтеры могут поддерживать более высокие температуры во время производства, становится доступным больше вариантов накаливания. Однако работа при более высоких температурах требует специальной технологии в 3D-принтере.

Например, довольно часто горячие концы экструдера состоят как из металла, так и из простого полиэфирэфиркетона (PEEK) или политетрафторэтилена (PTFE). Хотя PEEK и PTFE обеспечивают отличную изоляцию, они ограничивают температуру горячего конца не более чем 240 ° C. Однако, когда используются цельнометаллические горячие концы, температуры могут эффективно поддерживаться на уровне свыше 300 ° C. Это открывает двери для использования целого ряда различных материалов.

Новые разработки в технологии FDM открывают дорогу для еще более высоких температур во время 3D-печати. В прошлом году один производитель 3D-принтеров представил линейку высокотемпературных компонентов принтера, которые позволяют горячим концам экструдера нагреваться до температуры выше 400 ° C. Печатные столы на тех же устройствах могут достигать температуры выше 200 ° C.

Идеальные температуры для различных материалов:

В то время как исследования и разработки в области 3D-печати продолжаются, усовершенствованная технология продолжает предлагать еще более точный контроль над более высокими температурами. Эти достижения дают высококачественные отпечатки с трудными для работы материалами. Мы рады видеть, что ждет будущее в 3D-печати. Кто знает, какие материалы мы сможем напечатать через 10 или 20 лет? 

Нагревательные элементы для экструдера зд принтера (мини патронные ТЭНы) и для рабочего стола можно купить в компании Хитл напрямую от изготовителя. Обращайтесь к нам по телефону или через форму обратной связи.