Nagy méretű 3D nyomtató teljesítménye: sebesség, méret és pontosság

DOWELL legnagyobb építési térfogatú modellje (DL1824-16) 1800 × 2400 × 1600 mm méretű. Ez a modell egy erős, 80 cm vastag alumíniumötvözet keretből áll, 500 mm/s sebességű gyors nyomtatási képességgel és egy nagy pontosságú automatikus szintező rendszerrel rendelkezik, így optimális egyensúlyt biztosít a sebesség, a méret és a pontosság között.

A méret, a sebesség és a pontosság általában három független műszaki adatként jelennek meg; azonban nagyformátumú 3D nyomtatóknál ezek ugyanazt a „keretösszeget” osztják meg – azaz egymást korlátozó erőforrások. Az egyik tényező javítása gyakran a másik kettő kompromittálását igényli.

Az alábbi szakasz bemutatja ennek a „keretösszegnek” mechanikáját, és útmutatást nyújt arra, hogyan kell e három mérőszámot a konkrét gyártási igényeinek megfelelően rangsorolni.

Három műszaki adat, egy keretösszeg

Noipari 3D nyomtató mindegyiket teljes erővel tartja meg. Egy 0,02 mm-es pozícionálási érték 300 mm-es úthosszon, illetve ugyanez az érték 2400 mm-es úthosszon nem ugyanazt a teljesítményt jelenti, csupán más számokkal.

A merevítés, a mozgó tömeg és a mozgástartomány is növekszik a burkolat méretével, miközben a keret keresztmetszete és a motor nyomatéka gyorsabban kell növekedjen, hogy ugyanazt az eredményt elérjük. Ez a trilemma egy mondatban: bármelyik kettő megvásárolható, a harmadik pedig kompromisszumként marad. Ha nagy burkolatot párosítunk szigorú tűréssel, akkor a sebességet adjuk fel. Ha a sebességet párosítjuk szigorú tűréssel, akkor a burkolat mérete mérsékelt marad. Ha viszont a burkolat és a sebesség együtt szerepel, akkor az pontosság relatív fogalom lesz.

Miért növeli a méret a nyomtatási időt gyorsabban, mint ahogy a burkolat nő

A 3D nyomtató építési térfogata az, amit a vevő a műszaki adatlapon olvas le. A fogyóanyag (filament) az, amit a gép lerak, és ez a köbtényező szerint növekszik. Ha egy alkatrészt 50%-kal megnagyítunk – például a 1200 mm-es burkolatról az 1800 mm-esre –, akkor ugyanazon geometria 3,4-szer több filamentet igényel.

Az olvadási sebesség a forrófej tulajdonsága, nem a kereté. A DOWELL DMplus sorozat kb. 400 grammot óránként éri el a maximumot; a DMpro, DL és DF gépek 1000 grammot tartalmaznak; a DP-A csavarextruder, amelyet granulátummal (nem szállal) táplálnak, 4000–5000 grammot ér el. Ha megnöveljük a munkateret, a lerakási sebesség felső határa változatlan marad.

Tehát mit nyerünk egy nagyformátumú 3D nyomtatóval valójában? Nem egy gyorsabb másodpercet. Egy darabot nyerünk egy darabban. Egy teljes méretű burkolat egyetlen futtatással történő nyomtatása kiváltja a négy összeillesztett, igazított és utófeldolgozott szegmens használatát – órák munkáját, plusz egy varratot bárhol, ahol az éppen kialakul.

Az utazási távolság az ár, amelyet a pontosságért fizetünk.

A szögeltérés arányosan lineáris eltéréssé alakul a távolság függvényében. Egy ívpercnyi hibás beállítás – amelyet szabad szemmel nem lehet észrevenni – 0,47 mm-rel téríti el a fúvókát 1600 mm-es út során, és 0,06 mm-rel 200 mm-es út során. A gép semmilyen része nem változott. Csak a munkatér mérete.

A hőtágulás ugyanazt a szabályt követi. Az acél hossza körülbelül 12 mikrométerrel nő méterenként minden Celsius-fokkal, így egy 1800 mm-es váz körülbelül 0,065 mm-t elmozdul egy három fokos műhely-hőmérséklet-ingadozás során, míg egy 300 mm-es váz csak 0,011 mm-t. Egyetlen szám szerepel két adatlapon – de a műhely felmelegedése után csak az egyik marad érvényes.

Ezért egy 0,02 mm-es állítás addig semmit sem jelent, amíg nem társítják egy távolsággal és egy hőmérséklettel. Egy nagy formátumú 3d nyomtató olyan állítás, amely mindkét kérdésre választ ad, egy gyártási folyamatot ír le; amelyik egyikre sem válaszol, az egy katalógust ír le.

A lehajlás a támaszköz harmadik hatványával nő

Egy mindkét végén alátámasztott gerenda lehajlása a támaszok közötti távolság köbével arányos: ha megduplázzuk a támaszköz hosszát, akkor ugyanazon keresztmetszetnél a középső pont nyolcszor annyira süllyed le. Ez az aritmetika áll minden vastag váz mögött ebben az osztályban, és ez az oka annak, hogy a DL sorozat alatt egy 80 mm-es nehézüzemű váz található.

Ha ezt a méretarányt egy kocsira alkalmazzuk, amelyet a csapágyaitól több mint egy méterre, tizedmilliméter pontossággal kell rögzíteni, akkor a merevséget valahonnan biztosítani kell: az acélprofil tömeget ad, a tömeg növeli a mozgatásához szükséges erőt, és ez az erő visszahat a vázra. A fékmotorok ugyanazon a tengelyen tartják a pozíciót, amikor a kocsi megáll, így a gravitációnak nincs szava a mozgások között.

Hol gyorsul fel egy nagy gép, és hol nem tud

Két tényező határozza meg, milyen gyorsan fejeződik be egy nagy alkatrész nyomtatása: mennyi anyagot tud olvasztani a fúvóka, és milyen vastag lehet a nyomtatott réteg. Mindkét döntés az alkatrészre vonatkozik.

Egy teljes méretű burkolat, amelyet csiszolni, festeni vagy ragasztani fognak, ritkán igényel finom felületet, így 1,2 mm-es vagy 1,6 mm-es fonalcsatornával, illetve 3,0 mm-es granulátumcsatornával is üzemeltethető, és vastag rétegeket rakhat le. Ugyanazon alkatrész illesztő felülete azonban nem. Ez a sebesség–pontosság-kompromisszum gyakorlati megvalósulása: a szélesebb csatorna gyors, de durva, és a durvaság tűréshibát jelent minden olyan felületen, amelynek más felülettel kell összeilleszkednie.

A pozícionálási pontosság csupán egyike a három pontossági tényezőnek ebben a méretarányban, és gyakran nem is a legnagyobb. A második tényező a zsugorodás: az ABS és az ASA kb. 0,5–0,8%-ot zsugorodik hűlés közben, ami 20 mm-es konzolnál észrevehetetlen, de teljes méretű burkolatnál döntő – például 1500 mm távolságra lévő csavarlyukak akár 12 mm-rel is eltérhetnek a fájlban megadott helyüktől. A harmadik tényező a nyomtatási csík maga, amely nem képes finomabb részletet reprodukálni, mint saját szélessége. Egy magas pontosságú 3d nyomtató 0,02 mm-es tengellyel rendelkező gép is rossz illeszkedést eredményez, ha ezeket a két tényezőt nem kezelik megfelelően.

Méret, sebesség és pontosság rangsorolása munkadarab típusa szerint

Kezdjük ott, ahol a tűrés nem probléma: teljes méretű burkolatok, minták és szerszámok. Mindegyik esetében elfogadható egy nagyobb tűrési sáv, és a legnagyobb átmérőjű furat érhető el, így a gép méretkorlátja és az olvadék befogadóképessége dönti el a választást. Adjunk hozzá egy deformációálló keretet, és a lista kész – itt a finom tűrés nem döntő szempont.

A rögzítőelemek, sablonok és illesztőegységek éppen ellenkező irányba hatnak. A csereszabatosság a mérvadó – a tizedik alkatrésznek illeszkednie kell az elsőhöz –, és a rögzítőelemeknek egybe kell esniük, ezért a zárt hurkú szabályozás és egy távolságra vonatkozó pozícionálási pontossági érték fontosabb, mint a nagyobb építési térfogat. Természetes helyük egy közepes méretű gép, nem a legnagyobb a termelőcsarnokban.

A sorozatgyártásra készülő részalkatrészek éppen ellenkező irányba húznak: finom furat, mérsékelt építési térfogat és elsődleges sebesség. A finom furatok és a nagy építési térfogatok ellentétes igényeket támasztanak – minden éles kontúr csökkenti a rétegvastagságot, és minden vékony réteg meghosszabbítja a gyártási időt. A részalkatrészek gyártása a kisebb gépre, a teljes méretű alkatrészeké a nagyobb gépre való.

Csak az egyedi, közepes mennyiségű gyártás igényel egyensúlyt: közepes építési térfogat, az olvadási tartomány középső része, és a tűréshatár milliméterben, nem századmilliméterben van megadva.

A lényeg

Egyetlen gép nem lehet egyszerre erős mindhárom szempontból: ugyanaz a váz, ugyanaz a tömeg és ugyanaz az utazási távolság jelent költséget. Egy nagy méretű 3D nyomtató egy darabot vásárol, és órákra számítja fel — plusz egy tűrésövezet, amely minden egyes kilométerrel szélesebb lesz az út során.

Műhelyünk 12 000 m²-es területet foglal el, és több mint 12 évig építettük ezeket a gépeket; 220-nél több műszaki szakember támogat 9600-nál több együttműködő ügyfelet — elég idő ahhoz, hogy megbecsüljük, melyiket a három közül igényli egy adott feladat.

Küldje el hozzánk a alkatrészt, annak kritikus méreteit és a mennyiséget — mérnökeink visszajelentik a modellt és a tűrésövezetet, amelyet ajánlatunkban megadnánk.