Тэмпературнае занаванне для шматкілаграмных 3D-друкавання

Па-ранейшыя існуюць выклікі ў пераходзе да вытворчасці кампанентаў, якія друкуюцца ў некалькі кілаграмаў, а пераход ад прататыпавання ці вытворчасці невялікімі серыямі з'яўляецца асаблівым інжынерным выклікам. Хоць усе пералічаныя аспекты адыгрываюць ролю, адзіны з асноўных і, тым не менш, найбольш недакацэнаваных патрабаванняў пры арганізацыі маштабнага вытворчасці метадам дадатковага вытворчасці — гэта належным чынам кантраляваная і стабільна асіграваная тэмпературная зонавая палітыка ў працяг працоўнага аб'ёму. Справа ў тым, што гэта не толькі прагрэў пасталі, але і інжынерыя цеплавога асяроддзя.

Чаму тэмпература становіцца важнейшай пры нарашчанні маштабаў

Тэрмічныя градыенты (ці тэмпературныя варыяцыі па часткі) звычайна невялікія пры друку невялікіх вырабаў. Адбываецца адносна роўнамернае астыванне матэрыялу. Але пры значным павелічэнні памераў і масы часткі:

1. Масавы цяжар пераважае: маса ў вялікіх колькасцях вядзе сябе інакш, чым у невялікіх, і па-рознаму ўбірае і захоўвае цепла. Цэнтр таўстай секцыі астывае значна доўжэй, чым тонкія сценкі або іх вонкавая паверхня.

2. Градыентнае павелічэнне: невялікія адбіткі пакажуць нязначныя адметнасці ў тэмпературах у невялікім адбітку, якія пры павелічэнні ў вялікім адбітку ствараюць істотныя градыенты. Такія градыенты выклікаюць рознае звіхрэнне матэрыялу пры яго астыванні і праходжанні праз фазавы пераход (затвярдзенне).

3. Накопычанне ўнутраных напружанняў: Рознае звіхрэнне напрамую пераўтвараецца ў ўнутраныя напружанні. Калі такія напружанні перавышаюць злучальную цвіль матэрыялу ў любым месцы падчас працэсу друку або астывання, вынікам з'яўляецца караблінне, расслаенне пластоў, трасіны або поўнае разбурэнне дэталі. Чым большая дэталь, тым вышэйшай можа быць велічыня напружання.

4. Інерцыя камеры: Пры наяўнасці даволі сталай вакольнай тэмпературы ў вялікай камеры вырабніцтва з вялікім кампанентам, які выдзяляе цеплавы энергію, з'яўляюцца нязручныя зоны, такія як халодныя вобласці вакол дзвярэй ці вентыляцыі і гарачыя вобласці вакол награвальных прылад ці электраабсталявання.

Тэмпературнае зонаванне: Стратэгічны падыход

Тэмпературнае зонаванне, таксама вядомае як стратэгічнае стварэнне і кіраванне тэмпературнымі зонамі ўнутры вытворчай камеры і на самой дэталі. Гэта не азначае атрыманне аднолькавай тэмпературы ў кожным пункце; галоўнае тут — кіраванне тэмпературнымі перападамі з мэтай змяншэння шкодных напружанняў. Найбольш важныя стратэгіі:

1. Абагрэванне плашчыны зборкі з шматкампанентным зонаваннем: дробнага структураванае абагрэванне паляпшае якасць пры выкарыстанні вялікіх плашчын зборкі. Незалежны кантроль дазваляе аператару дадаць невялікую колькасць цяпла ў вонкавыя краі (дзе існуе схільнасць хуткага астывання) або кампенсаваць вядомыя зоны з халадзейшай тэмпературай на плашчыне. Гэта паляпшае роўнамернасць зчаплення і стабільнасць першага слоя па ўсёй плошчы.

2. Кантраванае абагрэванне камер і зонаванне: у перадавых сістэмах выкарыстоўваюцца некалькі незалежна кіраваных цяплавых элементаў, якія размешчаны ў розных зонах камеры (столы, столь, у некаторых выпадках нават падлога). Гэта дазваляе:

Роўнамернасць навакольнага асяроддзя: змаганне з цеплавым выканальным і выпраменьваючым цеплавым згубамі для захавання сталай высокай тэмпературы ў камеры, што з'яўляецца крытычна важным для многіх інжынерных матэрыялаў.

Цэлявое абагрэванне: даданне дадатковай энергіі ў тых месцах, дзе друкуюцца вялікія і таўстыя часткі вырабу, каб яны астывалі павольней, чым тонкія часткі, у выніку чаго памяншаецца цеплавы градыент паміж імі.

3.Кіраванне патокам паветра: Паток паветра звычайна звязаны з ахалоджваннем, але важна адзначыць, што паток паветра адыгрывае вельмі істотную ролю ў тэмпературавым зонаванні. Соплы ці кіраваныя вентылятары, якія знаходзяцца ў стратэгічна важных месцах, могуць:

Запабягчы горачым пятнам: Абяртаць мяккі паток паветра, каб пазбегнуць утворэння плям з гарачым паветрам вакол крыніц ці доўгай ціснутай часткі.

Садзейнічаць роўнаму ахалоджванню: Дапамагае стварыць больш кантралюемыя хуткасці ахалоджвання ў пажаданых тэмпературах, асабліва пры кіраваным ахалоджванні пасля друку.

Лакальнае ахалоджванне (карыстацца з асцярожнасцю): Павольнае лакальнае ахалоджванне вельмі маленькіх, накіраваных характарыстык, якія патрабуюць хуткага затвярдзенні (напрыклад, кансо́лы) можа быць выкарыстана вельмі асцярожна і павінна быць цалкам кантралёвым, каб пазбегнуць новых, разбуральных градыентаў у наваколлі.

4.Інтэграцыя параметраў працэсу: Тэмпература зонавання не з'яўляецца апаратным забеспячэннем. Тэхніка стратыфікацыі мае вялікае значэнне:

Адаптыўныя часы пластоў: Аўтаматычнае спаволванне і паскоранне друку пры апрацоўцы вялікіх пластоў (каб дазволіць большы час для астывання вялікіх пластоў) і малых пластоў (якія астываюць хутчэй).

Паслядоўнасць траекторый інструмента: Пры правільнай аптымізацыі паслядоўнасці траекторый інструмента можна паменшыць лакальнае награванне. Друк у сумежных зонах дазволіць часткі астывання паміж праходамі, у адрозненне ад зоседкавання цяпла ў пэўнай вобласці.

Нюансы матэрыялу

Розныя матэрыялы па-рознаму рэагуюць на кіраванне цеплам. Паўкрышталічныя пласцікі (такія як большасць нейлонаў, PEEK) маюць вялікую колькасць аб'ёмнага звіхрэння пры крышталізацыі і моцна залежаць ад хуткасці астывання. Аморфныя матэрыялы (такія як ABS ці PC) звычайна менш чутлівыя, але схільныя да спотыкай, з-за вялікіх градыентаў. Стратэгія зонавання павінна быць дадаткова вызначана ў звароце да аптымізацыі матэрыялу, які друкуюць, і павінна ўлічваць указаныя цеплавыя эфекты і паводзіны з фазавымі змяненнямі.

Выгада: надзейнасць і якасць у маштабах

Складаныя зонавыя тэмпературныя магчымасці друку ў кілограмах — гэта не проста абнаўленне, а часта шлях да майго неабходнай поспеху. Перавагі вялікія:

Рызка зменшаныя спатыкай і трасіны: дакладнасць памераў і цэласнасць канструкцыі захоўваюцца шляхам мінімізацыі ўнутраных напружанняў.

Паляпшане злучэнне пластоў: найлепшы вынік дасягаецца пры сталых тэмпературах.

Паляпшаная якасць паверхні: паляпшаная роўнасць па ўсёй паверхні прыводзіць да меншага ліку дэфектаў паверхні, такіх як поганыя пакрыцці ці так званыя «фантомы».

Павышаная поспех першага слоя і прыліпальнасці да платы: зональна кіраваныя платы дазваляюць друкаваць аб'екты вялікай плошчы з высокай ступенню поспеху.

Большая стабільнасць характарыстык матэрыялу: кантроль цеплавога гістарычнага працэсу забяспечвае больш прадказуемыя механічныя характарыстыкі дэталі.

Павышаны выхад годнага продукту і нізкі ўзровень браку: скарачэнне колькасці няўдалых друкаў палепшае выкарыстанне рэсурсаў і зніжае вытворчыя выдаткі.

Энергаэфектыўнасць: працэс выбарачнага падагравання патрэбных зон можа быць больш энергаэфектыўным, чым пагатоў падаграванне ўсёй вялікай камеры да высокай тэмпературы.

Вывад

Калі дадатковы вытворчасці перайсці за межы невялікіх і лёгкіх высокадакладных, але не крытычных для канструкцыі дэталей, неабходна кантраляваць цеплавую акалічнасць. Ключавы момант у вырашэнні павялічаных цеплавых праблем пры друку з выкарыстаннем некалькіх кілаграмаў матэрыялу — гэта тэмпературнае зонаванне, або канкрэтнае і кантраванае размеркаванне цяпла ўнутры прасторы друку. Гэта выводзіць аб'ёмнае 3D-друкаванне з зоны высокага рызыкі ў сферу надзейнага і аднаўляльнага вытворчасці, якая дазваляе атрымліваць высокаякасныя дэталі з мінімальным унутраным напружанням. Гэта не проста прадухіленне збояў, а камплексны падыход да кіравання цеплавой акалічнасцю, які дазваляе раскрыць патэнцыял дадатковага вытворчасці ў прамылавай маштабе