Производительность 3D-принтера крупного масштаба: скорость, размер и точность

Самый большой рабочий объем DOWELL (модель DL1824-16) составляет 1800 × 2400 × 1600 мм. Эта модель оснащена прочной алюминиевой рамой толщиной 80 см, обеспечивает высокоскоростную печать со скоростью 500 мм/с и включает высокоточную автоматическую систему выравнивания, гарантируя оптимальный баланс скорости, габаритов и точности.

Габариты, скорость и точность обычно указываются как три независимые технические характеристики; однако в 3D-принтерах большого формата они делят один и тот же «бюджет» — то есть являются взаимоограничивающими ресурсами. Повышение одной из характеристик зачастую требует компромисса по двум остальным.

В следующем разделе объясняется, как работает этот «бюджет», и даются рекомендации по приоритезации этих трёх параметров в зависимости от ваших конкретных производственных требований.

Три параметра — один бюджет

Noпромышленных 3D-принтеров поддерживает все три параметра на максимальном уровне. Показатель позиционирования 0,02 мм, измеренный на дистанции перемещения 300 мм, и тот же показатель, сохранённый на дистанции 2400 мм, — это не одно и то же достижение, просто обозначенное разными цифрами.

Жёсткость, подвижная масса и ход увеличиваются пропорционально габаритам рабочей зоны, тогда как сечение рамы и крутящий момент двигателя должны расти ещё быстрее, чтобы сохранить прежние характеристики. Вот эта дилемма в одном предложении: любые два параметра можно обеспечить, а третий становится компромиссом. Сочетание крупных габаритов рабочей зоны с высокой точностью означает потерю скорости. Сочетание высокой скорости с высокой точностью ограничивает габариты рабочей зоны. А если одновременно требовать и крупных габаритов, и высокой скорости — точность остаётся лишь относительным понятием.

Почему увеличение размеров умножает время печати быстрее, чем растут габариты рабочей зоны

Рабочий объём 3D-принтера — это то, что покупатель видит в технических характеристиках. Пластика же машина расходует, и её расход растёт пропорционально кубу линейных размеров. Увеличьте деталь на 50 % — с габаритов рабочей зоны 1200 мм до 1800 мм — и при той же геометрии потребуется в 3,4 раза больше пластика.

Скорость плавления определяется характеристиками экструдера, а не рамы. DOWELL DMplus series максимальная производительность составляет около 400 граммов в час; машины DMpro, DL и DF вмещают 1000 граммов; шнековый экструдер DP-A, подающий гранулы вместо прутка, достигает 4000–5000 граммов в час. Увеличение рабочей зоны не повышает предельную скорость наплавки — она остаётся прежней.

Итак, что даёт принтер крупного формата на самом деле? Не более высокую скорость печати в секунду. Он позволяет изготовить деталь целиком, за один проход. Полноформатная оболочка, напечатанная за один цикл, заменяет четыре сегмента, которые пришлось бы соединять, выравнивать и дорабатывать — это часы ручной работы плюс шов в месте стыковки.

Пройденное расстояние — это плата за точность.

Угловая ошибка преобразуется в линейную ошибку пропорционально расстоянию. Один угловой минутный перекос — незаметный при визуальной проверке — смещает сопло на 0,47 мм при перемещении на 1600 мм и на 0,06 мм при перемещении на 200 мм. Сам станок не изменился. Изменилась рабочая зона.

Тепловое расширение подчиняется тому же правилу. Сталь удлиняется примерно на 12 микрометров на метр при повышении температуры на один градус Цельсия. Таким образом, рама длиной 1800 мм смещается примерно на 0,065 мм при колебании температуры в цеху на три градуса, а рама длиной 300 мм — на 0,011 мм. Одно и то же число указано в двух технических спецификациях, но после того как цех прогреется, оно остаётся верным лишь для одной из них.

Вот почему заявление о точности 0,02 мм ничего не значит, пока не указаны расстояние и температура. большой формат 3d принтер указание обоих параметров описывает реальный процесс изготовления; отсутствие обоих указаний характерно для рекламного буклета.

Прогиб возрастает пропорционально кубу пролёта

Балка, опирающаяся на оба конца, прогибается пропорционально кубу длины неподдерживаемого участка: удвоение пролёта приводит к увеличению прогиба в середине в восемь раз при том же сечении. Именно это арифметическое соотношение лежит в основе каждого массивного каркаса в данном классе и объясняет, почему под серией DL установлен каркас повышенной прочности толщиной 80 мм.

Масштабируйте это до положения каретки с точностью до сотых миллиметра на расстоянии более метра от её опор — жёсткость должна обеспечиваться где-то: стальные профили добавляют массу, масса увеличивает силу, необходимую для её перемещения, а эта сила вновь действует на каркас. Тормозные двигатели на тех же осях удерживают каретку в заданном положении после остановки, поэтому сила тяжести не влияет на позиционирование между перемещениями.

Где крупный станок набирает скорость, а где — нет

Два фактора определяют, насколько быстро завершается печать крупной детали: сколько материала может расплавить экструдер и насколько грубо может быть выполнена экструзионная дорожка. Оба параметра зависят от требований к самой детали.

Полноформатная оболочка, которую будут шлифовать, окрашивать или склеивать редко, обычно не требует тонкого слоя, поэтому может использовать сопло с диаметром нити 1,2 мм или 1,6 мм либо сопло для гранул диаметром 3,0 мм и наносить толстый слой. Сопрягаемая поверхность на той же детали не может этого сделать. Это и есть компромисс между скоростью и точностью на практике: широкое сопло обеспечивает высокую скорость, но грубость отпечатка создаёт погрешность при стыковке поверхностей, требующих точного совмещения.

Точность позиционирования — лишь один из трёх факторов, определяющих точность на данном масштабе, и зачастую он не является самым значимым. Второй фактор — усадка: ABS и ASA сжимаются примерно на 0,5–0,8 % при охлаждении; это незаметно на кронштейне длиной 20 мм, но критично для полноформатной оболочки, где отверстия под болты, расположенные на расстоянии 1500 мм друг от друга, могут сместиться относительно заданных в файле координат на 12 мм. Третий фактор — сама экструзионная нить, разрешение которой не превышает её собственной ширины. высокоточный 3D принтер даже при точности оси 0,02 мм не обеспечит требуемой посадки, если эти два фактора не будут учтены и скорректированы.

Ранжирование размера, скорости и точности по типу обрабатываемой детали

Начните там, где допуск не является проблемой: полноформатные оболочки, шаблоны и оснастка. Допустимо наличие заметной зоны на всех трёх элементах, а также доступен самый широкий диаметр сопла, поэтому выбор станка определяется габаритами изделия и объёмом расплава. Добавьте раму, устойчивую к деформации, и список будет полным — высокая точность здесь не является определяющим критерием.

Приспособления, шаблоны и сопрягаемые сборки меняют приоритеты: ключевым требованием становится взаимозаменяемость — десятая деталь должна точно совпадать с первой, а крепёжные отверстия — совпадать по осям. Поэтому важнее замкнутая система управления и точность позиционирования, указанная на заданном расстоянии, чем увеличенный рабочий объём. Такие задачи естественно решаются на станках среднего размера, а не на самых крупных в цехе.

Детали мелкосерийного производства требуют противоположного подхода: узкое сопло, умеренный рабочий объём и максимальная скорость. Узкое сопло и большой рабочий объём противоречат друг другу — каждая чёткая геометрическая особенность сужает валик, а каждый тонкий слой удлиняет процесс печати. Детали сложной формы лучше изготавливать на небольшом станке, а полноформатные изделия — на крупном.

Только единичное производство среднего размера требует баланса: средний габаритный размер, середина диапазона плавления и допуск, указанный в миллиметрах, а не в сотых долях.

Итог

Один станок не может одновременно обеспечивать высокие показатели по всем трём параметрам: один и тот же каркас, масса и ход определяют стоимость. 3D-принтер крупного формата изготавливает деталь за один проход и выставляет счёт за машино-часы — плюс допуск, ширина которого увеличивается на каждый метр хода.

Площадь нашего цеха составляет 12 000 м², и мы тратим более 12 лет на создание этих станков; 220+ техников обслуживают более 9600 партнёрских клиентов — достаточно времени, чтобы точно определить, какой из трёх параметров необходим для конкретной задачи.

Направьте нам деталь, её критические размеры и требуемое количество — наши инженеры предложат модель и допуск, которые будут указаны в коммерческом предложении.