KRATKO

Postupak ekstruzije u 3D ispisu pretvara digitalni 3D model u gotov fizički dio tako što topli termoplastični materijal, najčešće u obliku filamenata, i nanosi ga sloj po sloj kroz zagrijani mlaznik. Ova metoda aditivne proizvodnje, također poznata kao Fused Deposition Modeling (FDM), uključuje pripremu digitalne datoteke, postavljanje pisača, sam automatizirani proces ispisa te na kraju doradu kako bi se poboljšao kvalitet dijela.

Razumijevanje procesa ekstruzije materijala

Ekstruzija materijala je osnovna tehnologija u svijetu 3D tiskanja, poznata po svojoj dostupnosti i univerzalnosti. Naime, ovaj proces djeluje poput robotske vruće ljepila. Čvrsti termoplastični materijal, obično u obliku dugačkog filamenta namotanog na kalemu, uvlači se u zagrijani tiskarski glavu. Tamo se rastapa do polu-tekućeg stanja i izbacuje kroz tanku mlaznicu. Računalo upravlja kretanjem ove mlavnice, iscrtavajući oblik svakog sloja predmeta na ploču za izradu.

Nakon što se završi jedan sloj, platforma za izradu se malo spusti, a glava pisača započinje s nanošenjem sljedećeg sloja na vrh prethodnog. Svaki rastopljeni sloj spoji se s onim ispod dok se hladi i stvrdnjava. Ovo postupno nanošenje slojeva nastavlja se sve dok se cijeli objekt ne izgradi odozdo prema gore. Ova metoda službeno pripada jednoj od sedam glavnih kategorija aditivne proizvodnje i široko je poznata pod zaštićenim nazivom Fused Deposition Modeling (FDM), koju je prvi put komercijalizirala tvrtka Stratasys.

Iako se ovaj proces najčešće povezuje s plastikama poput PLA i ABS-a u svrhu brzog prototipiranja i uporabe od strane entuzijasta, specijalizirane forme ekstrudiranja materijala koriste se i za druge materijale, uključujući metale. U zahtjevnim područjima poput automobilske industrije, koristi se drugi proizvodni postupak pod nazivom ekstrudiranje aluminija kako bi se izrađivali čvrsti, lagani dijelovi. Tvrtke kao što su Shaoyi Metal Technology specijalizirani su za ovu područje, nudeći sveobuhvatne usluge od izrade prototipa do potpune proizvodnje u sklopu strogih kvalitetskih sustava poput IATF 16949.

Osnovni sastojci sustava ekstrudiranja za 3D ispis

Kako bi se uspješno digitalna datoteka pretvorila u fizički objekt, 3D pisač s ekstrudiranjem oslanja se na nekoliko ključnih komponenti koje u skladu surađuju. Razumijevanje njihovih uloga ključno je za razumijevanje rada cijelog sustava. Ovi dijelovi upravljaju svime – od dovoda materijala, njegova topljenja do preciznog postavljanja.

Srce sustava je ekstruder , koji je odgovoran za dovod filamenta u pisač. Sastoji se od 'hladnog kraja' s motorom i zupčastim mehanizmom koji hvata filament i gura ga naprijed, te 'vrućeg kraja' gdje se odvija topljenje. hotend sadrži grijani blok i termistor za održavanje točne temperature, čime se osigurava stalno taljenje filamenta za glatko protjecanje kroz mlaznicu. Kvaliteta vruće glave ključan je faktor u sprečavanju začepljenja i postizanju visokokvalitetnih ispisa.

Sljedeći je pisnica , mali vrh kroz koji se nanosi rastopljeni plastik. Promjer mlaznice kritičan je parametar jer određuje rezoluciju ispisa. Manja mlaznica može proizvesti finije detalje, dok veća omogućuje brži ispis, ali s manje detalja. filament je sirovina koja se koristi. To je termoplastika namotana na kalemu koja dolazi u različitim vrstama, kao što su PLA (lako za ispis), ABS (trajan i otporan na toplinu) i PETG (kombinacija čvrstoće i jednostavnosti uporabe). Konačno, ploča za izradu je ravna površina na kojoj se objekt tiska. Na mnogim uređajima, ova ploča je grijana kako bi se poboljšala adhezija prvog sloja i spriječilo izobličenje dijela tijekom hlađenja.

Tijek rada: Od digitalnog dizajna do fizičkog objekta

Put od 3D modela na zaslonu do opipljivog gotovog dijela slijedi jasan i sustavan tijek rada. Ovaj proces premošćuje jaz između digitalnog dizajna i fizičke stvarnosti kroz nekoliko različitih faza.

1. priprema i rezanje 3D modela: Proces započinje s 3D digitalnim modelom, koji se može kreirati pomoću CAD softvera ili preuzeti s internetskog repozitorija. Taj se model, obično u STL formatu datoteke, zatim uvozi u specijalizirani program koji se naziva 'slicer'. Softver za rezanje pretvara 3D model u stotine ili tisuće tankih vodoravnih slojeva i generira datoteku s uputama za stroj, poznatu kao G-kod. Taj kod određuje svaki pokret pisača, od puta mlaznice do brzine ekstrudiranja i temperature.
2. Postavljanje pisača i učitavanje materijala: Prije nego što započne tisak, potrebno je pripremiti pisač. To uključuje uvođenje kalema filamenta u ekstruder, provjeru da je radna ploča čista i poravnata te predgrijavanje mlaznice i ploče do odgovarajućih temperatura za korišteni materijal. Ispравна postava ključna je za uspješan tisak, jer problemi poput neravne ploče mogu uzrokovati neuspjeh prve sloja, čime se pokvari cijeli tisak.
3. Proces tiskanja uživo: Nakon što je G-kod učitan i pisač pripremljen, započinje tisak. Pisač pažljivo slijedi upute, pomičući glavu za ekstrudiranje duž X i Y osi kako bi nanio rastopljeni filament. Nakon završetka svakog sloja, glava za tisak se pomakne prema gore ili radna ploča prema dolje duž Z osi kako bi se napravio prostor za sljedeći sloj. Ovaj aditivni proces ponavlja se sloj po sloj sve dok objekt potpuno ne bude oblikovan. Ova faza u velikoj je mjeri automatizirana i može trajati od nekoliko minuta do mnogo sati, ovisno o veličini i složenosti objekta.
4. Hlađenje i uklanjanje dijela: Nakon što se nanese posljednji sloj, grijači pisača se isključe, a objekt mora se ohladiti. Važno je dopustiti postupno hlađenje dijela i platforme za izradu kako bi se spriječilo izobličenje ili pucanje zbog toplinskog naprezanja. Nakon što se ohladi na sobnu temperaturu, gotov dio može se pažljivo ukloniti s platforme za izradu, često uz pomoć lopatice ili skreperi.

Završna obrada: dorada gotovog dijela

Uobičajena zabluda o 3D tisku je da je dio potpuno dovršen u trenutku kada se makne s ploče za tisak. U stvarnosti, većina tiskova zahtijeva neki oblik završne obrade kako bi se pretvorili iz sirovog objekta u glatki, funkcionalni dio. Ova završna faza ključna je za postizanje željenog izgleda, čvrstoće i dimenzionalne točnosti. Koraci koji su uključeni mogu varirati od jednostavnog čišćenja do složenijih tehnika dorade.

Najosnovniji korak završne obrade je uklanjanje nosača . Za dizajne s kompleksnim preklopnim ili mostovnim strukturama, pisač izgrađuje privremene nosače kako bi spriječio provlačenje rastopljenog plastičnog materijala tijekom tiskanja. Ove potpore potrebno je pažljivo odvojiti ili odrezati s glavnog dijela. Kod pisača koji koriste drugi, vodom otapan materijal za potpore, ovaj se postupak može svesti na jednostavno otapanje u vodi. Međutim, uklanjanje standardnih potpora napravljenih od istog materijala kao i sam dio može ostaviti male nedostatke koje treba dodatno obraditi.

Kako bi se poboljšala površinska obrada i uklonili vidljivi slojevi karakteristični za FDM tisak, šljeganje i izglađivanje su uobičajene tehnike. Korištenje šmirgle s grubljim zrnom i postupno prelazak na finije zrno može stvoriti glatku, jednoliku površinu. Za određene plastike poput ABS-a, postoji proces koji se naziva parno izglađivanje, pri kojem se dio izlaže para otapala kako bi se lagano otopio vanjski sloj i time postigao sjajan izgled poput kalupljenja. Druge dodatne tehnike dorade uključuju slikanje, nanošenje epoksidnog premaza radi povećanja čvrstoće i zaštite dijela ili čak zavarivanje više ispisanih dijelova zajedno radi izrade većih sklopova.

Često postavljana pitanja

1. Što je proces ekstrudiranja u 3D ispisu?

Proces ekstrudiranja u 3D ispisu podrazumijeva provlačenje čvrstog materijala, obično plastične niti, kroz zagrijani mlaznik kako bi se otopio. Ovaj rastopljeni materijal zatim nanosi po kontroliranoj putanji, sloj po sloj, na radnu ploču. Svaki sloj spoji se s onim ispod dok se hladi, postupno stvarajući trodimenzionalni objekt temeljen na digitalnom modelu.

2. Što učiniti kada je 3D ispis dovršen?

Kada je 3D ispis gotov, prvi korak je da se i dio i ploča pisača ohlade na sobnu temperaturu kako bi se spriječilo izobličenje. Kada se ohladi, predmet se pažljivo može ukloniti s platforme. Nakon uklanjanja, često su potrebni postupci dorade, poput uklanjanja nosača, brušenja površine radi izglađivanja linija slojeva ili bojenja radi estetskog izgleda.

3. Je li 3D ispis smatran ekstruzijom?

Nije svaki 3D ispis ekstruzija, ali ekstruzija materijala je jedna od najčešćih vrsta tehnologije 3D ispisa. Pojam 3D ispis, ili aditivna proizvodnja, obuhvaća nekoliko različitih procesa. Ekstruzija materijala, najpoznatija kao modeliranje taloženjem otopine (FDM), specifična je kategorija unutar 3D ispisa u kojoj se materijal istiskuje kroz mlaznicu kako bi se izgradio dio.