Výkon veľkého 3D tlačiarne: rýchlosť, veľkosť a presnosť

Najväčší zostavovací objem modelu DOWELL (model DL1824-16) má rozmery 1 800 × 2 400 × 1 600 mm. Tento model je vybavený pevným hliníkovolemovým rámom s hrúbkou 80 cm, vysokorýchlostnou tlačou až 500 mm/s a vysokopresným automatickým systémom vyrovnanie, čo zaisťuje optimálny pomer rýchlosti, veľkosti a presnosti.

Veľkosť, rýchlosť a presnosť sa zvyčajne uvádzajú ako tri nezávislé špecifikácie; však v tlačiarňach na veľkoformátové 3D tlač sú tieto tri parametre prepojené jedným „rozpočtom“ – teda sa navzájom obmedzujú. Zlepšenie jedného z nich často vyžaduje kompromis v ostatných dvoch.

Nasledujúca časť vysvetľuje mechaniku tohto „rozpočtu“ a poskytuje pokyny, ako tieto tri metriky priorizovať podľa vašich konkrétnych výrobných požiadaviek.

Tri špecifikácie, jeden rozpočet

Nopriemyselnou 3D tlačiarňou drží všetky tri na plnej úrovni. Presnosť polohovania 0,02 mm nameraná na dráhe 300 mm a tá istá hodnota nameraná na dráhe 2 400 mm nie sú rovnakým výkonom len s inými číslami.

Tuhost, pohybujúca sa hmotnosť a zdvih všetky rastú s rozmermi pracovného priestoru, zatiaľ čo prierez rámu a krútiaci moment motora musia rásť ešte rýchlejšie, aby sa dosiahla rovnaká výsledná výkonnosť. To je trojité dilema v jednej vete: dve z týchto troch vlastností možno získať, avšak tretia sa stáva kompromisom. Spárovanie veľkého pracovného priestoru s úzkymi toleranciami má za následok zníženie rýchlosti. Spárovanie rýchlosti s úzkymi toleranciami obmedzuje veľkosť pracovného priestoru. Ak však spárujeme veľkosť pracovného priestoru s rýchlosťou, presnosť sa stáva relatívnym pojmom.

Prečo sa veľkosť zvyšuje počet hodín tlače rýchlejšie, než rastie pracovný priestor

Pracovný priestor 3D tlačiarne je údaj, ktorý si kupujúci prečíta zo špecifikácií. Filament je materiál, ktorý stroj ukladá, a jeho množstvo rastie s treťou mocninou. Zväčšíme súčiastku o polovicu – teda od pracovného priestoru 1 200 mm na 1 800 mm – a rovnaká geometria vyžaduje 3,4-násobné množstvo filamente.

Rýchlosť tavenia je vlastnosťou hotendu, nie rámu. DOWELL DMplus series dosahuje približne 400 gramov za hodinu; stroje DMpro, DL a DF majú kapacitu 1 000; šnekový extrudér DP-A, ktorý je napájaný granulátom namiesto prameňa, dosahuje 4 000–5 000. Zväčšením pracovného priestoru sa horná hranica výkonu usadenia nezmení.

Čo teda veľkofomatový 3D tlačiar vlastne ponúka? Nie rýchlejší druhý. Ponúka celistvú súčiastku. Plnohodnotný kôš vytlačený v jednom behu nahrádza štyri segmenty, ktoré je potrebné spojiť, zariadiť a dokončiť – niekoľko hodín práce plus šev na ľubovoľnom mieste.

Prejdená vzdialenosť je daňou za presnosť

Uholná chyba sa prejavuje ako lineárna chyba úmerná vzdialenosti. Jedna uholová minúta nesprávneho zarovnania – nedetectovateľná pri vizuálnej kontrole – posunie dýzu o 0,47 mm po prejdení vzdialenosti 1 600 mm a o 0,06 mm po prejdení vzdialenosti 200 mm. Nič na stroji sa nezmenilo. Zmenil sa len pracovný priestor.

Teplotné rozširovanie sa riadi rovnakým pravidlom. Oceľ sa predlžuje približne o 12 mikrometrov na meter pri každom stupni Celzia, takže rám dĺžky 1 800 mm sa posunie približne o 0,065 mm pri teplote v dielni zmenenej o tri stupne, zatiaľ čo rám dĺžky 300 mm sa posunie len o 0,011 mm. Jedno číslo vytlačené na dvoch technických listoch – a po zohriati dielne je stále správne len jedno z nich.

Preto tvrdenie o presnosti 0,02 mm nemá žiadny význam, kým k nemu nie sú uvedené vzdialenosť a teplota. veľkofilmová 3D tlačiarňa tvrdenie, ktoré odpovedá na obe tieto otázky, popisuje výrobný proces; tvrdenie, ktoré na žiadnu z nich neodpovedá, popisuje len brožúru.

Ohyb sa zväčšuje úmernou tretiou mocninou rozpätia

Nosník podopretý na oboch koncoch sa prehýba úmernou tretou mocninou nepodopretej dĺžky: zdvojnásobenie rozpätia spôsobí, že stred nosníka klesne o osemnásobok väčšiu vzdialenosť pri rovnakom priereze. Toto je aritmetika, ktorá stojí za každým hrubým rámom v tejto kategórii, a tiež dôvod, prečo je pod sériou DL umiestnený ťažký rám s výškou 80 mm.

Zväčšite to na pozíciu vozíka s presnosťou na stotiny milimetra viac ako meter od jeho ložísk, a tuhosť musí pochádzať niekde: oceľový profil pridáva hmotnosť, hmotnosť zvyšuje silu potrebnú na jeho pohyb a táto sila sa opäť prenáša na rám. Brzdové motory na rovnakých osiach udržiavajú pozíciu vozíka po zastavení, takže medzi pohybmi gravitácia nemá žiadny vplyv.

Kde veľký stroj získa rýchlosť a kde ju nemôže získať

Dve páky určujú, ako rýchlo sa dokončí veľká súčiastka: koľko materiálu môže vytopiť hotend a aká hrubá môže byť vrstva. Obe sú rozhodnutia týkajúce sa súčiastky.

Plnohodnotný plášť, ktorý sa bude brúsiť, maľovať alebo lepiť, zvyčajne nepotrebuje jemný povrch, takže môže používať vstupný otvor pre filament s priemerom 1,2 mm alebo 1,6 mm, alebo vstupný otvor pre granuly s priemerom 3,0 mm a vytvárať hrubé vrstvy. Montážna plocha na tej istej súčiastke však nemôže. To je praktický kompromis medzi rýchlosťou a presnosťou: širší vstupný otvor je rýchly a hrubý, a hrubosť predstavuje straty v toleranciách na akomkoľvek povrchu, ktorý musí priliehať k inému povrchu.

Presnosť umiestnenia je len jedným zo troch vstupov presnosti v tomto meradle a často nie je najväčším. Druhým je zmrštenie: ABS a ASA sa pri chladení skracujú približne o 0.5–0.8 %, čo je na 20 mm kovovej konzole neviditeľné, ale rozhodujúce pri plnohodnotnom kryte, kde sa otvory pre skrutky vo vzdialenosti 1 500 mm môžu posunúť až o 12 mm od polohy určenej v súbore. Tretím vstupom je samotná „hranica“ (bead), ktorá nemôže rozlíšiť detail jemnejší ako jej vlastná šírka. A vysokopresné 3D tlačiarne s osou 0.02 mm stále neposkytuje požadované priliehanie, ak tieto dva vstupy nie sú riadené.

Poradie veľkosti, rýchlosti a presnosti podľa obrobku

Začnite tam, kde nie je tolerancia problémom: plnohodnotné kryty, vzory a nástrojové vybavenie. Pre všetky tri parametre je prijateľný široký rozsah a k dispozícii je najširší priemer otvoru, takže rozhodujúci faktor je veľkosť pracovného priestoru a kapacita tavenia. Pridajte rámovú konštrukciu odolnú voči deformácii a zoznam je kompletný – vysoká presnosť tu nie je rozhodujúcim kritériom.

Príslušenstvo, prípravky a zoskupenia súčiastok to obracajú. Výmeniteľnosť je kritérium – desiata súčiastka sa musí zhodovať s prvou – a spojovacie prvky sa musia presne zosúladiť, preto je dôležitejšia uzavretá ovládacia slučka a presnosť polohy udávaná v rámci určitej vzdialenosti než väčší pracovný priestor. Ich prirodzeným prostredím je stredne veľký objem výroby, nie najväčší stroj v dielni.

Sériové výrobné súčiastky sú opačným prípadom: jemné vŕtanie, stredne veľký pracovný priestor a na prvom mieste je rýchlosť. Jemné vŕtanie a veľký pracovný priestor sa navzájom vylučujú – každá jasná geometrická vlastnosť zužuje tvarový prúhok a každá tenká vrstva predlžuje výrobný čas. Detailné súčiastky patria na menší stroj; celorozmerné súčiastky na väčší.

Iba jednorazová stredne veľká výroba vyžaduje rovnováhu: stredne veľký pracovný priestor, stredná teplota taveniny a tolerančné pásmo udávané v milimetroch namiesto stotín milimetra.

Záver

Jeden stroj nemôže byť naraz výnimočný vo všetkých troch oblastiach: rovnaký rám, hmotnosť a pohyb sa prejavujú v cene. A veľkorozmerný 3D tlačiar kúpi súčiastku v jednom kuse a účtuje za ňho hodiny – plus tolerančný pás, ktorý sa rozširuje s každým prejdeným metrom.

Náš dielňa má rozlohu 12 000 m² a viac ako 12 rokov sme strávili výrobou týchto strojov; 220+ technikov podporuje viac ako 9 600 spolupracujúcich zákazníkov – dostatok času na to, aby sme vedeli, ktorá z troch možností je pre danú prácu skutočne potrebná.

Pošlite nám súčiastku, jej kritické rozmery a množstvo – naši inžinieri vám pošlú model a tolerančný pás, ktorý by sme ponúkli.