De rol van de nozzletemperatuur in multi-materiaal printsystemen

Er is geweldige potentieel met multi-materiaal 3D-printen, denk aan flexibele scharnieren in stijve objecten, kleurverloop om er op een bepaalde manier uit te zien of te functioneren, functioneel gegradueerde onderdelen. Nochtans is de spuitkop temperatuur de belangrijkste parameter die onder de knie moet worden gekregen om een naadloze integratie tussen de verschillende kunststoffen te realiseren. Het is veel meer dan enkel het smelten van filament, het is de dirigent die de muziek van de verschillende materialen in jouw print leidt.

De Smeltpunt Imperatief

Vanzelfsprekend moet de temperatuur van de spuitmond nauwkeurig afgestemd zijn op de thermische behoeften van alle materialen die geëxtrudeerd worden. Elk type polymeer heeft zijn eigen smelttemperatuurbereik of glasovergangstemperatuurbereik. Een grote temperatuurverandering is vereist wanneer je overschakelt tussen PLA (~200-220 °C) en PETG (~250-230 °C). Te laag en het nieuwe filament smelt niet, wat verstoppingen, onvoldoende extrusie en zwakke lagen veroorzaakt. Te heet en het al aanwezige (in de spuitmond of in de buurt van het printgebied) materiaal zal kunnen degraderen, verbranden of zijn structurale integriteit verliezen. Nauwkeurige temperatuurregeling per materiaal is geen keuzevraag.

De lijm die bindt: interlaaghechting

Buiten het proces van afzonderlijk smelten, ontstaat de magie op het punt waar de materialen elkaar ontmoeten. Goede hechting van diverse lagen en materialen is van grootste belang wanneer het gaat om de sterkte en functionaliteit van het onderdeel. De leidende rol hier speelt de temperatuur van de nozzle. Bij het afzetten van een nieuwe laag moet de smeltfase voldoende heet zijn om de onderliggende laag opnieuw te smelten, waardoor moleculaire verstrengeling over de materiaalgrens mogelijk wordt. Deze herhaling van smelten is in elk geval niet voldoende wanneer de temperatuur aan de grens lager is dan vereist door een van de materialen, wat leidt tot slechte hechting, zichtbare laaglijnen en een verhoogde kans op afschilfering van de onderdelen onder belasting. Het is belangrijk om de ideale temperatuur te vinden die fusie bevordert zonder dat dit ten koste gaat van de eigenschappen van elk van de materialen.

Het temperatuurmonster temmen: Warping en spanning

Multimateriaalprinten hebben regelmatig te maken met kunststoffen met sterk uiteenlopende thermische uitzettingscoëfficiënten en kooleigenschappen. ABS krimpt veel meer wanneer het wordt afgekoeld in vergelijking met PLA, wat weinig krimpt. Wanneer een materiaal met hoge krimp op een geconsolideerde laag van een materiaal met lage krimp wordt afgezet, ontwikkelen zich enorme krachten van interne spanning aan de grenslaag, omdat ze verschillend krimpen. Dit kan zich uiten in vervorming, barsten of volledige scheiding onder de materiaalgrens. Dit kan worden tegengegaan door strategisch de temperatuur van de spuitmond te regelen. In sommige gevallen kan de piekkracht van krimp ook verminderd worden door de temperatuur van het materiaal met hoge krimp iets te verlagen. In een alternatievere aanpak kan echter het feit benut worden dat de onderliggende laag licht verwarmd blijft (maar niet gesmolten is) wanneer nieuw materiaal wordt afgezet. Dit bevordert een minder abrupte thermische overgang en helpt bij het verminderen van spanningconcentraties.

Het juiste evenwicht bereiken

Het regelen van de temperatuur van de spuitmond tijdens het printen met meerdere materialen is het werk van een dynamisch evenwicht. Dit vereist kennis van de thermische profielen van alle betrokken filamenten en hun onderlinge interactie. Er zijn een paar strategische aandachtspunten, waaronder:

1.Precieze materiaalprofielen: Zorgvuldig gecontroleerde en gecalibreerde beste temperatuur van alle filamenten opslaan.

2.Dynamisch wisselen: Zorgen dat het wisselen van materialen snel en nauwkeurig gebeurt, omdat de printer in staat is om de doeltemperatuur nauwkeurig te bereiken.

3.Optimalisatie van de overgang: Enige aanpassing van de temperaturen (licht verlagen en verhogen) uitproberen bij de overgangslagen tussen materialen om de hechting te maximaliseren.

4.Afkoeloverwegingen: De temperatuur van de spuitmond versus de snelheid van de onderdelaatkoellucht reguleren om de stollingssnelheid te beheersen en de vervormingsspanningen te verminderen.

De kritische geleider

Er is een set parameters die iedereen moet volgen om een print met meerdere materialen te realiseren: laaghoogte, snelheid, terugtrekking, maar het belangrijkste is de nozzletemperatuur. Deze bepaalt hoe correct de materialen smelten en zich met elkaar verbinden en hoe ze interne, niet-destructieve krachten weerstaan. Door aandacht te besteden aan de verschillende thermische eisen van individuele filamenten en aan hun onderlinge interactie aan de grenzen, verander je de temperatuurregeling van de nozzle van een simpel in te stellen parameter in een sleutelcomponent die complexe, echt nuttige en volledig geïntegreerde multi-materiaalstructuren werkelijkheid kan maken. Neem de tijd om dit te leren en te begrijpen; uw prints zullen er beter en consistenter door worden.