Накратко

Екструзионният процес при 3D печата превръща цифров 3D модел в готов физически обект, като стопява термопластичен материал, обикновено нишка, и го нанася слой по слой чрез нагрята дюза. Този метод за адитивно производство, известен още като моделиране чрез фузионирано депозиране (FDM), включва подготовката на цифров файл, настройването на принтера, самия автоматизиран процес на печат и накрая постобработка за довършване на детайла.

Разбиране на процеса на екструзия на материали

Екструзията на материали е основополагаща технология в света на 3D печата, известна със своята достъпност и универсалност. В основата си процесът функционира подобно на роботизиран пистолет за горещ лепил. Твърд термопластичен материал, обикновено във вид на дълга нишка, навита на кълбо, се подава в затоплен принтерен главица. Там той се стапя до полу-течен вид и се избутва – или екструдира – през тънко сопло. Компютър управлява движението на това сопло, начертавайки формата на всеки слой от обекта върху платформата за изграждане.

След като един слой е завършен, платформата за изграждане леко се спуска и принтърът започва да нанася следващия слой върху предишния. Всеки разтопен слой се свързва с този под него, докато се охлажда и затвърдява. Това нанасяне послоевидно продължава, докато целият обект бъде построен отдолу нагоре. Този метод официално е един от седемте основни категории на адитивното производство и е широко известен под регистрираната търговска марка Fused Deposition Modeling (FDM), първоначално комерсиализирана от Stratasys.

Въпреки че този процес най-често се асоциира с пластмаси като PLA и ABS за бързо прототипиране и любителско използване, специализирани форми на екструзия на материали се прилагат и за други материали, включително метали. В изискващи области като автомобилната индустрия се използва различен производствен процес, наречен алуминиева екструзия, за създаване на здрави и леки компоненти. Компании като Shaoyi Metal Technology специализират в тази област и предлагат комплексни услуги – от прототипиране до пълномащабно производство – под строги системи за качество като IATF 16949.

Основни компоненти на система за екструзия с 3D печат

За да превърне успешно цифров файл в физически обект, 3D принтерът с екструзия разчита на няколко критични компонента, които работят в хармония. Разбирането на тяхната роля е от съществено значение за разбиране на начина, по който цялата система функционира. Тези части управляват всичко – от подаването на материала до неговото стопяване и прецизно поставяне.

Сърцето на системата е екструдер , която отговаря за подаване на нишката в принтера. Състои се от „студен край“ с мотор и зъбно-ремъчна система, която хваща нишката и я бута напред, и „горещ край“, където се извършва стопяването. горещият край съдържа нагревателен блок и термистор за поддържане на прецизна температура, осигуряващ последователно разтапяне на филамента за гладко изтичане през дюзата. Качеството на горещия край е от съществено значение за предотвратяване на задръствания и постигане на отпечатъци с високо качество.

Следва дюзела , малкият връх, през който се подава разтопената пластмаса. Диаметърът на дюзата е критичен параметър, тъй като определя резолюцията на отпечатъка. По-малка дюза може да създава по-фини детайли, докато по-голяма позволява по-бързо печатане, но с по-малко детайли. филамент е суровината, от която се състои. Това е термопласт, доставян на ролка, и се предлага в различни видове, като PLA (лесен за печатане), ABS (издръжлив и устойчив на топлина) и PETG (комбинация от здравина и лесота на употреба). Накрая, платформа за изграждане е равната повърхност, върху която се отпечатва обектът. При много машини тази платформа е нагрявана, за да се подобри залепването на първия слой и да се предотврати деформиране на детайла при охлаждане.

Работен процес: От цифров дизайн до физически обект

Пътят от 3D модел на екрана до осезаем готов продукт следва ясен и систематичен работен процес. Този процес преодолява пропастта между цифровия дизайн и физическата реалност чрез няколко отделни етапа.

1. подготовка и нарязване на 3D модела: Процесът започва с 3D цифров модел, който може да бъде създаден с помощта на CAD софтуер или свален от онлайн хранилище. Този модел, обикновено в STL файлов формат, след това се импортира в специализирана програма, наречена 'сайзер' (slicer). Софтуерът за нарязване преобразува 3D модела в стотици или хиляди тънки хоризонтални слоеве и генерира файл с машинни инструкции, известен като G-code. Този код задава всяко движение на принтера, от пътя на дюзата до скоростта на екструзия и температурата.
2. Настройка на принтера и зареждане на материала: Преди да започне печатането, принтерът трябва да бъде подготвен. Това включва зареждане на кълбо с нишка в екструдера, почистване и нивелиране на платформата за изграждане и предварително затопляне както на дюзата, така и на леглото за печат до правилните температури за конкретния използван материал. Правилната настройка е от решаващо значение за успешното печатане, тъй като проблеми като неизравнена платформа могат да доведат до провал на първия слой и цялостно разваляне на отпечатъка.
3. Процесът на активно печатане: След като G-кодът е зареден и принтерът е подготвен, започва печатането. Принтерът внимателно следва инструкциите, придвижвайки главата за екструдиране по осите X и Y, за да отлага разтопената нишка. След като всеки слой е завършен, главата за печат се премества нагоре или платформата за изграждане се спуска надолу по оста Z, за да се освободи място за следващия слой. Този адитивен процес се повтаря слой по слой, докато обектът бъде напълно формиран. Този етап е предимно автоматизиран и може да отнеме от минути до много часове, в зависимост от размера и сложността на обекта.
4. Охлаждане и отстраняване на детайла: След като последният слой е нанесен, нагревателите на принтера се изключват и обектът трябва да се охлади. Важно е детайлът и платформата за изграждане да се охладят постепенно, за да се предотврати деформация или пукане вследствие на топлинно напрежение. След като се охлади до стайната температура, готовият детайл може внимателно да се отстрани от платформата за изграждане, често с помощта на шпакла или скребло.

Последваща обработка: Довършване на готовия детайл

Често срещано заблуждение относно 3D печата е, че детайлът е напълно завършен в момента, в който се свали от платформата. В действителност повечето отпечатъци изискват някаква форма на последваща обработка, за да се превърнат от суров обект в гладък, функционален детайл. Този окончателен етап е от решаващо значение за постигане на желания външен вид, здравина и размерна точност. Стъпките могат да варират от проста почистване до по-сложни техники за довършване.

Най-основната стъпка при последващата обработка е премахване на подпорите . За конструкции със сложни изпъкнали части или мостове, принтерът изгражда временни подпорни структури, за да се предотврати провисването на разтопения пластмасов материал по време на печатането. Тези подпори трябва внимателно да се отстранят или отрежат от основната част. За принтери, които използват различен, разтворим във вода материал за подпорите, този процес може да бъде толкова прост, колкото разтварянето им във вода. Въпреки това, при стандартни подпори, изработени от същия материал като детайла, премахването им може да остави малки дефекти, които изискват допълнителна обработка.

За подобряване на повърхностната отделка и премахване на видимите линии от слоеве, характерни за FDM печатане, пълен и гладък са чести техники. Започвайки с шкурка с груба зърнистост и преминавайки към по-фини степени, може да се получи гладка и равномерна повърхност. За определени пластмаси като ABS, процесът на изглаждане с пара, при който частта се излага на пари от разтворител, може леко да разтопи външния слой, за да се получи лъскава повърхност с вида на преформа. Други допълнителни методи за довършване включват боядисване, нанасяне на епоксидно покритие за увеличаване на якостта и запечатване на частта или дори заваряване на няколко отпечатани части заедно, за създаване на по-големи сглобяеми конструкции.

Често задавани въпроси

1. Какъв е процесът на екструзия в 3D печата?

Процесът на екструзия в 3D печата включва провеждане на твърд материал, обикновено нишка от пластмаса, през нагрята дюза, за да се стопи. Този разтопен материал след това се нанася по контролиран път, слой по слой, върху платформа за изграждане. Всеки слой се споява с този под него при охлаждане, постепенно създавайки триизмерен обект въз основа на цифров модел.

2. Какво да се направи, когато 3D отпечатъкът е завършен?

Когато 3D отпечатъкът е завършен, първата стъпка е да се позволи както на детайла, така и на платформата на принтера да се охладят до стайната температура, за да се предотврати деформиране. След като се охладят, обектът може внимателно да бъде премахнат от платформата. След премахването често са необходими стъпки за последваща обработка, като премахване на подпорните структури, шкурване на повърхността за изглаждане на слоевете или боядисване с естетически цели.

3. Счита ли се 3D печатът за екструзия?

Не всички 3D печати са екструзия, но екструзията на материали е един от най-често срещаните видове технологии за 3D печат. Терминът 3D печат, или адитивно производство, включва няколко различни процеса. Екструзията на материали, най-известна като моделиране чрез фузиране (FDM), е специфична категория в 3D печата, при която материалът се изтласква през сопло, за да се изгради детайл.