Продуктивність великогабаритного 3D-принтера: швидкість, розмір і точність

Найбільший робочий об’єм DOWELL (модель DL1824-16) становить 1800 × 2400 × 1600 мм. Ця модель має міцну алюмінієву раму товщиною 80 см, високошвидкісний друк зі швидкістю 500 мм/с та високоточну автоматичну систему вирівнювання, що забезпечує оптимальний баланс швидкості, розміру й точності.

Розмір, швидкість і точність зазвичай подаються як три незалежні специфікації; однак у великоформатних 3D-принтерах вони ділять один «бюджет» — тобто є взаємно обмеженими ресурсами. Покращення одного параметра часто вимагає компромісу щодо двох інших.

У наступному розділі пояснюється механіка цього «бюджету» й надаються рекомендації щодо пріоритезації цих трьох показників залежно від ваших конкретних виробничих вимог.

Три показники, один бюджет

Noпромисловий 3D принтер зберігає всі три параметри на максимальному рівні. Значення позиціонування 0,02 мм, виміряне на відстані 300 мм, і те саме значення, виміряне на відстані 2400 мм, — це не одне й те саме досягнення, просто записане іншими цифрами.

Жорсткість, рухома маса та хід зростають разом із об’ємом друку, тоді як переріз рами й крутний момент двигуна мають зростати ще швидше, щоб зберегти той самий результат. Ось ця трилема в одному реченні: будь-які два параметри можна забезпечити, а третій стає компромісом. Об’єднання великого об’єму друку з високою точністю призводить до втрати швидкості. Об’єднання швидкості з високою точністю обмежує об’єм друку. Але якщо поєднати великий об’єм друку й високу швидкість, то точність залишається лише відносним поняттям.

Чому збільшення розміру прискорює зростання часу друку сильніше, ніж зростає об’єм друку

Об’єм друку 3D-принтера — це те, що покупець бачить у технічних характеристиках. Нитка — це матеріал, який машина викладає, і його кількість зростає за кубічним законом. Збільште деталь на 50 % — від об’єму друку 1200 мм до 1800 мм — і та сама геометрія потребуватиме в 3,4 раза більше нитки.

Швидкість плавлення — це властивість екструдера, а не рами. DOWELL DMplus series досягає максимуму близько 400 грамів на годину; машини DMpro, DL та DF вміщують 1000 грамів; шнековий екструдер DP-A, що живиться гранулами замість стрендів, досягає 4000–5000 грамів на годину. Збільшення робочого об’єму не підвищує граничну швидкість нанесення — вона залишається незмінною.

Отже, що саме дає 3D-принтер великого формату? Не більш високу швидкість у секунду. Він дозволяє виготовити деталь цілісно. Повноформатна оболонка, надрукована за один цикл, замінює чотири сегменти, які потрібно з’єднати, вирівняти й остаточно обробити — це години роботи й шов у будь-якому місці з’єднання.

Відстань переміщення — це податок на точність.

Кутова похибка перетворюється на лінійну пропорційно відстані. Одна кутова хвилина невідповідності — непомітна при візуальному контролі — зміщує сопло на 0,47 мм при переміщенні на 1600 мм і на 0,06 мм при переміщенні на 200 мм. Нічого в самій машині не змінилося. Змінився лише робочий об’єм.

Термічне розширення підкоряється тому самому правилу. Сталь збільшує свою довжину приблизно на 12 мікрометрів на метр при підвищенні температури на один градус Цельсія, тож рама завдовжки 1800 мм зміщується приблизно на 0,065 мм при коливанні температури в цеху на три градуси, тоді як рама завдовжки 300 мм зміщується лише на 0,011 мм. Одне й те саме число надруковано у двох технічних специфікаціях, але після того, як цех прогрівається, воно залишається вірним лише в одній із них.

Саме тому заява про точність 0,02 мм нічого не означає, доки не вказано відстань і температуру. велик формат 3d принтер заява, що відповідає на обидва запитання, описує реальну конструкцію; заява, що не відповідає жодному з них, описує брошуру.

Прогин зростає у кубі від довжини прольоту

Балка, закріплена по обох кінцях, прогинається пропорційно кубу непідтримуваної довжини: подвоєння прольоту призводить до того, що середина опускається у вісім разів далі при тій самій поперечній площині. Саме ця арифметика лежить в основі кожної товстої рами в цьому класі, а також є причиною, чому під серією DL встановлено важку раму завширшки 80 мм.

Масштабуйте це до положення каретки з точністю до сотих міліметра на відстані більше метра від її підшипників, і жорсткість має походити звідкись: стальний профіль додає маси, маса — сили для її переміщення, а ця сила знову передається на раму. Двигуни-гальма на тих самих осях утримують каретку в заданому положенні після зупинки, тож сила тяжіння не впливає на положення між рухами.

Де великий верстат набуває швидкості, а де — ні

Дві складові визначають, наскільки швидко виготовлюється велика деталь: яку кількість матеріалу може розплавити екструдер і наскільки грубою може бути нанесена нитка. Обидва параметри є рішеннями щодо самої деталі.

Повноформатна оболонка, яку потім будуть шліфувати, фарбувати або клеїти, зазвичай не потребує тонкого поверхневого шару, тому її можна друкувати з використанням сопла діаметром 1.2 мм або 1.6 мм для нитки або 3.0 мм для гранул, формуючи товстий шар. Але стикова поверхня на тій самій деталі — ні. Ось так виглядає практичне співвідношення швидкості й точності: широке сопло забезпечує швидкість й грубість, а грубість означає втрату точності на будь-якій поверхні, що має стикатися з іншою.

Точність позиціонування — лише один із трьох вхідних параметрів точності на цьому рівні, і часто він не є найбільшим. Другий — це усадка: ABS і ASA стискаються при охолодженні приблизно на 0,5–0,8 %, що непомітно на кронштейні завдовжки 20 мм, але вирішально на повнорозмірній оболонці, де отвори під болти, розташовані на відстані 1500 мм один від одного, можуть виявитися на відстані до 12 мм від тих місць, які вказані в файлі. Третій параметр — це сама доріжка друку, яка не здатна відтворити деталь тоншу за власну ширину. А високоточний 3D-принтер з віссю 0,02 мм все одно не забезпечить щільного прилягання, якщо ці два параметри залишити без контролю.

Ранжування за розміром, швидкістю та точністю залежно від виробу

Почніть там, де допуски не є проблемою: повнорозмірні оболонки, шаблони й оснастка. Для всіх трьох параметрів прийнятний достатньо широкий діапазон, а також доступний найбільший отвір, тому рішення про вибір верстата приймається на основі габаритів робочого простору та потужності плавлення. Додайте раму, стійку до деформації, і список буде повним — висока точність тут не є визначальним критерієм.

Приспособы, шаблони та з’єднувальні вузли змінюють це. Критерієм є взаємозамінність — десята деталь має підходити до першої — а кріплення мають збігатися, тому керування за замкненим контуром і точність позиціонування, вказана на певній відстані, важливіші за додатковий робочий об’єм. Їх природне місце — середній розмір виробництва, а не найбільший у цеху.

Деталі, що виготовляються партіями, вимагають протилежного: точного отвору, помірного робочого об’єму та пріоритету швидкості. Точні отвори й великі робочі об’єми суперечать одне одному — кожна чітка геометрична особливість звужує наплавлену нитку, а кожний тонкий шар подовжує тривалість виготовлення. Деталі слід виготовляти на меншому верстаті; повнорозмірні деталі — на більшому.

Лише одиничне виробництво середніх за розміром виробів вимагає збалансованості: середній робочий об’єм, середній діапазон температур плавлення й допуски, вказані в міліметрах, а не сотих.

Головне

Один верстат не може одночасно добре виконувати всі три завдання: те саме шасі, маса й хід визначають його характеристики. А великомасштабний 3D-принтер купує деталь у єдиному екземплярі й виставляє рахунок за години роботи — плюс допускова смуга, яка розширюється з кожним метром подорожі.

Наша майстерня займає 12 000 м², і ми витратили понад 12 років на створення цих верстатів; 220+ техніків обслуговують 9600+ співпрацюючих клієнтів — достатньо часу, щоб знати, який із трьох варіантів дійсно потрібен для конкретного завдання.

Надішліть нам деталь, її критичні розміри та кількість — наші інженери надішлють вам модель і допускову смугу, за якою буде розраховано ціну.