TL;DR

3D drukāšanas ekstrūzijas process pārveido digitālo 3D modeli par gatavu fizisko daļu, izkūpinot termoplastisku materiālu, parasti šķiedru, un noliekot to slānis pēc slāņa caur sildītu sprauslu. Šis pievienojošās ražošanas paņēmiens, ko pazīst arī kā saistītās nogulsnēšanas modelēšanu (FDM), ietver digitālā faila sagatavošanu, printeru iestatīšanu, automātisko drukāšanas procesu un beigās pēcapstrādi, lai uzlabotu daļas kvalitāti.

Materiāla ekstrūzijas procesa izpratne

Materiāla ekstrūzija ir pamattehnoloģija 3D drukāšanas pasaulē, ko slavē par tās pieejamību un daudzveidību. Būtībā šis process darbojas līdzīgi kā robotizēta karstās līmes pistole. Cieta termoplasta materiāla strēme, parasti garas, spolē namotās filamenta formā, tiek padota sildītā drukāšanas galvā. Tur tā tiek izkausēta līdz pusšķidrai stāvoklim un izspiesta caur smalku dozatoru. Dators kontrolē šī dozatora kustību, uzzīmējot katra objekta slāņa formu uz būvneses.

Pēc katra slāņa pabeigšanas būvplatforma nedaudz nolaižas, un printeris sāk uzklāt nākamo slāni virs iepriekšējā. Katrs kausētais slānis atdziestot un sacietējot saplūst ar tam zemāk esošo. Šis slāņu pārklājums turpinās, līdz viss objekts ir uzbūvēts no apakšas uz augšu. Šo metodi oficiāli uzskata par vienu no septiņām galvenajām pievienojošās ražošanas kategorijām, un tā plaši pazīstama ar preču zīmi Fused Deposition Modeling (FDM), ko pirmo reizi komerciāli izmantoja Stratasys.

Lai gan šis process visbiežāk tiek saistīts ar plastmasām, piemēram, PLA un ABS, ātrai prototipēšanai un entuziastu lietošanai, materiālu ekstrūzijas speciālās formas tiek izmantotas arī citiem materiāliem, tostarp metāliem. Prasīgos nozarēs, piemēram, automašīnu rūpniecībā, tiek izmantota cita ražošanas metode – alumīnija ekstrūzija, lai izgatavotu izturīgas, vieglas detaļas. Uzņēmumi, piemēram, Shaoyi Metal Technology specializējas šajā jomā, piedāvājot plašas pakalpojumu iespējas no prototipēšanas līdz pilnmēroga ražošanai saskaņā ar stingriem kvalitātes standartiem, piemēram, IATF 16949.

3D drukas ekstrūzijas sistēmas pamatkomponenti

Lai veiksmīgi pārveidotu digitālo failu par fizisku objektu, ekstrūzijas 3D drukātājam ir jādarbojas harmonijā vairākiem būtiskiem komponentiem. Svarīgi ir saprast to lomas, lai izprastu, kā darbojas visa sistēma. Šie komponenti kontrolē visu – sākot no materiāla padosanas, kūpināšanas un beidzot ar precīzu izvietošanu.

Sistēmas sirds ir ekstrūderis , kas atbild par filamenta padodēšanu drukātājā. Tas sastāv no „aukstā gala“ ar motoru un zobratu mehānismu, kas satver filamentu un to virza uz priekšu, kā arī no „karstā gala“, kur notiek kūpināšana. karstgalis pats satur sildīšanas bloku un termistoru, lai uzturētu precīzu temperatūru, nodrošinot vienmērīgu filamentsa izkūšanu, kas ļauj gludi plūst caur dīzeli. Karstā galviņa kvalitāte ir būtiska, lai novērstu aizsprostošanos un sasniegtu augstas kvalitātes drukāšanu.

Nākamais ir šķirtuve , mazā smaile, caur kuru tiek izdalīts kausētais plastiks. Dīzeles diametrs ir kritisks parametrs, jo tas nosaka drukas izšķirtspēju. Maza dīzele var radīt smalkākus detaļas, savukārt lielāka dīzele ļauj drukāt ātrāk, bet ar mazāku detaļu skaidrību. The filaments ir pats izejmateriāls. Tas ir termoplasts, kas piegādāts ruļļos un ir pieejams dažādos veidos, piemēram, PLA (viegli drukājams), ABS (izturīgs un karstumizturīgs) un PETG (līdzsvars starp izturību un vieglumu lietošanā). Beigās, būves platforma ir plakana virsma, kurā tiek izdrukāts objekts. Daudzās iekārtās šī platforma ir apsildāma, lai uzlabotu pirmās slāņa pielipību un novērstu priekšmeta deformāciju atdzišanas laikā.

Darba process: No digitālā dizaina līdz fiziskam objektam

Ceļš no 3D modeļa ekrānā līdz taustāmam pabeigtam izstrādājumam seko skaidram un sistēmiskam darba plūsmas procesam. Šis process aizpilda plaisu starp digitālo dizainu un fizisko realitāti, izmantojot vairākas atsevišķas stadijas.

1. 3D modeļa sagatavošana un šķēlēšana: Process sākas ar 3D digitālo modeli, kuru var izveidot, izmantojot CAD programmatūru, vai lejupielādēt no tiešsaistes krātuves. Šis modelis, parasti STL faila formātā, tiek importēts speciālā programmā, ko sauc par 'šķēlētāju'. Šķēlētāja programmatūra pārvērš 3D modeli simtos vai tūkstošos plānu horizontālu slāņu un ģenerē failu ar mašīnas instrukcijām, kas pazīstams kā G-kods. Šis kods nosaka katru drukātāja kustību, sākot no dīzeļa trajektorijas līdz ekstrūzijas ātrumam un temperatūrai.
2. Drukātāja iestatīšana un materiāla ielāde: Pirms drukāšanas uzsākšanas, ir jāsagatavo printeris. Tas ietver filaments spoli ievietošanu ekstrudērī, pārliecināšanos, ka būvplatforma ir tīra un līmeniski noregulēta, kā arī sprauslas un būvgultnes priekšsildīšanu līdz pareizajām temperatūrām atbilstoši izmantotajam materiālam. Pareiza iestatīšana ir ļoti svarīga veiksmīgai drukāšanai, jo problēmas, piemēram, nenolīdzināta gulta, var izraisīt pirmās kārtas neveiksmi, sabojājot visu izdruku.
3. Drukāšanas process reāllaikā: Ielādējot G-kodu un sagatavojot printeri, sākas drukāšana. Printeris rūpīgi seko instrukcijām, pārvietojot ekstrūzijas galvu pa X un Y asīm, lai noguldītu kausēto filamentu. Pēc katra slāņa pabeigšanas drukāšanas galva pārvietojas uz augšu vai būvplatforma pārvietojas uz leju pa Z asi, lai atbrīvotu vietu nākamajam slānim. Šis pievienojošais process tiek atkārtots slānis pēc slāņa, līdz objekts ir pilnībā izveidots. Šis posms lielākoties ir automatizēts un var ilgt no dažām minūtēm līdz vairākām stundām, atkarībā no objekta izmēra un sarežģītības.
4. Dzesēšana un daļas noņemšana: Pēc pēdējā slāņa nogulsnēšanas printeris izslēdz sildītājus, un objektam ir jāatdziest. Ir svarīgi, lai detaļa un būves platforma pakāpeniski atdziestu, lai novērstu deformācijas vai plaisas, kas var rasties termiskās slodzes dēļ. Pēc atdzišanas līdz istabas temperatūrai, gatavā detaļa var tikt rūpīgi noņemta no būves platformas, bieži izmantojot lāpstiņu vai skrāpi.

Pēcapstrāde: pabeigtās detaļas tīrīšana

Par 3D drukāšanu pastāv izplatīts nepareizs priekšstats, ka detaļa ir pilnībā pabeigta jau brīdī, kad tā tiek noņemta no būves plātnes. Patiesībā lielākā daļa drukājumu prasa kādu pēcapstrādes formu, lai pārveidotu tos no sākotnēja objekta par gludu, funkcionālu detaļu. Šis pēdējais posms ir būtisks, lai sasniegtu vēlamo izskatu, izturību un dimensiju precizitāti. Iekļautie soļi var ietvert gan vienkāršu tīrīšanu, gan sarežģītākas pabeigšanas tehnikas.

Vienkāršākais pēcapstrādes solis ir atbalsta noņemšana . Dizainiem ar sarežģītiem izvirzījumiem vai tiltiņiem printeris veido pagaidu balstkonstrukcijas, lai novērstu kūstošā plastmasas noslīdēšanu drukāšanas laikā. Šos balstus rūpīgi jānoņem vai jānogriež no galvenās detaļas. Printeriem, kas izmanto citu, ūdenī šķīstošu materiālu balstiem, šis process var būt tik vienkāršs kā to izšķīdināšana ūdenī. Tomēr standarta balstu noņemšana, kas izgatavoti no tāda paša materiāla kā detaļa, var atstāt nelielas nepilnības, kas prasa papildu apstrādi.

Lai uzlabotu virsmas pabeigumu un noņemtu redzamās slāņu līnijas, kas raksturīgas FDM drukāšanai, šķiršana un izšķīdināšana ir izplatītas tehnikas. Sākot ar rupju abrazīvu papīru un pārejot uz smalkāku, var iegūt gludu, vienmērīgu virsmu. Dažiem plastmasas veidiem, piemēram ABS, var izmantot tvaika gludināšanu, kas nozīmē detaļas pakļaušanu šķīdinātāja tvaikam, lai nedaudz izkausētu ārējo kārtu un iegūtu spīdīgu, injekcijas formēšanas izskatu. Citi papildu apstrādes paņēmieni ietver krāsošanu, epoksīda pārklājuma uzklāšanu, lai palielinātu izturību un noslēgtu detaļu, vai pat vairāku drukātu gabalu savienošanu kopā, lai izveidotu lielākas konstrukcijas.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kas ir ekstrūzijas process 3D drukā?

Ekstrūzijas process 3D drukā ietver cietas vielas, parasti plastmasas filamenta, izvilkšanu caur sildītu sprauslu, lai to izkausētu. Šī kausētā viela pēc tam tiek nolikta kontrolētā ceļā slāņos uz būvneses. Katrs slānis atdziestot saplūst ar zemāko slāni, pakāpeniski veidojot trīsdimensiju objektu saskaņā ar digitālo modeli.

2. Ko darīt, kad 3D druka ir pabeigta?

Kad 3D drukāšana ir pabeigta, pirmā darbība ir ļaut gan detaļai, gan printerim atdzist līdz istabas temperatūrai, lai novērstu deformāciju. Kad viss ir atdzisis, objektu var uzmanīgi noņemt no platformas. Pēc noņemšanas bieži ir nepieciešamas pēcapstrādes darbības, piemēram, atbalsta struktūru noņemšana, virsmas slīpēšana, lai izlīdzinātu slāņu līnijas, vai krāsošana estētiskiem mērķiem.

vai 3D drukāšanu uzskata par ekstrūziju?

Ne visu 3D drukāšanu sauc par ekstrūziju, taču materiāla ekstrūzija ir viens no izplatītākajiem 3D drukāšanas tehnoloģijas veidiem. Termins 3D drukāšana, vai arī pievienojošā ražošana, ietver vairākas dažādas procesu metodes. Materiāla ekstrūzija, vislabāk zināma kā Fused Deposition Modeling (FDM), ir konkrēta 3D drukāšanas kategorija, kurā materiāls tiek izspiests caur dozatoru, lai izveidotu detaļu.