Čo ovplyvňuje presnosť rozmerov v priemyselných 3D tlačiarňach

V priemyselnej výrobe môže ozubené koleso, ktoré je o niekoľko tisícin milimetra menšie, zastaviť celú výrobu alebo prototypovú súčiastku s nesprávne vyvŕtanými otvormi môže znemožniť testovanie. Najdôležitejším aspektom úspešného priemyselného 3D tlačovania je vysoká rozmerná presnosť, teda oblasť úspechu 3D tlačovania, ktorá meria stupeň, v akom je možné predvídateľne vyrábať súčiastky s presnosťou potrebnou podľa pôvodného digitálneho návrhu. Táto presnosť však nie je automatická, ale výsledkom je súboru faktorov, ktoré je potrebné zvládnuť.

Stabilita a kalibrácia hardvéru: Fyzikálny základ

Presnosť pohybového systému: Kľúč k zachovaniu presnosti sa nachádza v mechanickom pohybe tlačiarne. Tieto systémy vyžadujú krokové motory s vysokým rozlíšením (zvyčajne s mikrokráčaním), špeciálne vysoko presné skrutky alebo lineárne vodidlá a tuhé konštrukcie. Hraď, vibrácie a nesúosnosť osí X, Y a Z sa prejavujú chybami vytlačených súčiastok. Je nevyhnutné tieto systémy pravidelne kalibrovať.

Termálne riadenie: Funkcia stabilne riadeného tepla je nevyhnutná. Toto zahŕňa:

• Teplota trysky: Jednoduché ovládanie pre dosiahnutie rovnomerného toku a viskozity materiálu.

• Teplota stavebnej komory/platformy: Obzvlášť dôležité pri vysokovýkonných materiáloch (najmä pri sklonu k skrúteniu, ako sú PEEK, PEKK, Nylon). Homogénne vykurované prostredie znižuje vnútorné napätie a deformácie spôsobené tepelnou kontrakciou vrstiev počas chladenia.

• Riadenie chladenia: Strategické riadenie chladenia zabraňuje skrúteniu dielov a prílišnej adhézii vrstiev, čím sa predchádza rýchlemu a nerovnomernému smršťovaniu.

Softvér a generovanie vrstiev: Digitálny prekladač

Algoritmy generovania vrstiev: Softvér, ktorý prekladá 3D model (STL, STEP) do príkazov tlačiarne (G-kód), má vplyv na celý proces generovania vrstiev. Zložité geometrie, previsy, tenké steny je možné presnejšie spracovať a optimalizovať dráhy nástroja vďaka pokročilým algoritmom.

Kompenzácia a ladenie: S kvalitným softvénom na generovanie vrstiev je možné zadať špecifické kompenzačné údaje pre daný stroj:

• Kompenzácia horizontálneho rozšírenia/smršťovania: Prispôsobuje šírku vytlačených vlákien a mierne koriguje vonkajšie rozmery.

• Stlačenie prvej vrstvy: Je dôležité pre dobrú adhéziu k podložke, ktorá poskytuje presný referenčný bod skutočnej pozície východiskového bodu Z-súradnice.

• Podporné štruktúry stratégie: Vybrané topológie podporných štruktúr generujú inteligentné podporné štruktúry, ktoré obmedzujú kontakt, čo vedie k minimalizácii jazvenia a strate povrchovej dimenzie.

Správanie materiálu: Porozumenie prostrediu

Prietomné zmršťovanie/krivenie: Takmer každá látka sa pri ochladzovaní medzi svojou roztavenou a tuhou formou zmršťuje. Polokryštalické polyméry (ako napríklad mnohé nylonové alebo PEEK) sa zmršťujú výrazne viac ako amorfné polyméry (napr. ABS, PC). Toto sa vyrovnáva tým, že priemyselné tlačiarne majú presnú teplotnú kontrolu, avšak výber materiálu je dôležitý v súlade s požiadavkami na rozmernú stabilitu.

Citlivosť na vlhkosť: Veľký počet inžinierskych polymérov je hygroskopických. Voda, ktorá je v materiáli pred tlačou, sa v tryske odparí, čím vzniká prázdne miesto a medzi vrstvami nedochádza k priľnutiu, povrch je drsný a rozmery nie sú presné. Dôsledné vysušenie materiálov je nevyhnutné.

Konzistencia materiálu: Priemyselné filamety/prášky s vysokou kvalitou materiálu sú v súlade s priemernou hrúbkou/veľkosťou častíc a zložením, aby tok a smršťovanie počas spracovania boli predvídateľné.

Kontrola prostredia a následná úprava: Dokonalý dohľad.

Okolité podmienky: Všetko, čo spôsobuje ťah alebo veľké teplotné výkyvy v miestnosti, napríklad priamy prúd vzduchu alebo prudká zmena teploty, môže viesť k nerovnomernému chladeniu a skrúteniu. Tlačiareň má vlastný termálny manažment, ktorý je podporovaný stabilnými vonkajšími podmienkami.

Vplyv následnej úpravy: Niektoré dokončovacie procesy môžu meniť finálnu veľkosť; v niektorých prípadoch existujú metódy dokončenia (ako je odstraňovanie pnutí tepelným spracovaním, chemické vyhladenie alebo obrábanie), ktoré ovplyvňujú finálnu veľkosť. Tieto možné zmeny je potrebné pochopiť a zohľadniť ich už v štádiu návrhu a tlače, ak aplikácia vyžaduje presné tolerancie.

Dosiahnutie maximálnej presnosti: Symfónia, nie sólový výkon

A neexistuje žiadne univerzálna riešenie pre dosiahnutie presnosti pri priemyselnom 3D tlači. Synergie dobre kalibrovanej techniky, pokročilého softvéru prispôsobeného konkrétnej technike a materiálu a dôkladného pochopenia vlastností materiálu a schopnosti kontrolovať vplyv prostredia sú nevyhnutné. Dôkladnou analýzou každého z týchto aspektov môžu výrobcovia plne využiť potenciál priemyselného aditívneho výrobného procesu a vyrábať funkčné súčiastky odolnévoči najnáročnejším požiadavkám na presnosť, čo v konečnom dôsledku zaručuje úspech pri reálnych aplikáciách.