ZKRATKA

Proces extrúzie pri 3D tlači premieňa digitálny 3D model na hotový fyzický diel tým, že taví termoplastový materiál, zvyčajne vo forme filamentu, a nanáša ho vrstvu po vrstve cez zahrievanú trysku. Táto aditívna výrobná metóda, známa aj ako Fused Deposition Modeling (FDM), zahŕňa prípravu digitálneho súboru, nastavenie tlačiarne, samotný automatizovaný proces tlače a nakoniec dodatočné spracovanie na dokonalenie dielu.

Pochopenie procesu extrúzie materiálu

Extrúzia materiálu je základnou technológiou vo svete 3D tlače, ktorá je známa svojou dostupnosťou a všestrannosťou. Základný princíp tejto technológie funguje podobne ako robotická horúca lepiaca pištoľ. Pevný termoplastický materiál, zvyčajne vo forme dlhého filamentu navinutého na cievke, je privádzaný do vyhrievaného tlačového hlavy. Tam sa roztaví do poltekutého stavu a je vytlačovaný cez jemnú trysku. Počítač riadi pohyb tejto trysky, ktorá „kreslí“ tvar každej vrstvy objektu na stavbu plošiny.

Keď je jedna vrstva dokončená, zostrojovacia platforma sa mierne zníži a tlačová hlava začne nanášať ďalšiu vrstvu na predchádzajúcu. Každá roztavená vrstva sa pri chladení a tuhnutí zlúči s vrstvou pod ňou. Tento postupné nanášanie vrstiev pokračuje, až kým sa celý objekt nevytvorí zdola nahor. Táto metóda oficiálne patrí do jednej zo siedmich hlavných kategórií aditívnej výroby a je široko známa pod ochrannou známkou Fused Deposition Modeling (FDM), ktorú prvýkrát komercializovala spoločnosť Stratasys.

Hoci sa tento proces najčastejšie spája s plastmi ako PLA a ABS pre rýchle prototypovanie a použitie pre nadšencov, špecializované formy extrúzie materiálov sa používajú aj pre iné materiály vrátane kovov. V náročných oblastiach, ako je automobilový priemysel, sa na výrobu pevných, ľahkých komponentov používa iný výrobný proces nazývaný extrúzia hliníka. Spoločnosti ako Shaoyi Metal Technology sa špecializujú na túto oblasť a ponúkajú komplexné služby od prototypovania až po kompletnú výrobu v rámci prísných systémov kvality, ako je IATF 16949.

Základné komponenty systému extrúzie 3D tlače

Aby bolo možné úspešne premeniť digitálny súbor na fyzický objekt, extrúzna 3D tlačiareň závisí od niekoľkých kľúčových komponentov, ktoré pracujú v súlade. Porozumenie ich úlohám je kľúčom k pochopeniu fungovania celého systému. Tieto časti riadia všetko, od privádzania materiálu, cez jeho roztavenie až po presné umiestnenie.

Srdcom systému je extrudér , ktorý je zodpovedný za privádzanie filamentu do tlačiarne. Skladá sa z „studeného konca“ s motorom a ozubeným mechanizmom, ktorý upína filament a tlačí ho vpred, a z „horúceho konca“, kde dochádza k roztaveniu. hotend samo o sebe obsahuje vykurovací blok a termistor na udržiavanie presnej teploty, čo zabezpečuje rovnomerné tavienie filamentu pre hladký tok cez trysku. Kvalita horúcej hlavy je kľúčová pre predchádzanie upchatiam a dosiahnutie tlače vysokej kvality.

Ďalej je tryska , malá špička, cez ktorú sa nanáša roztavená plastová hmota. Priemer trysky je kritický parameter, pretože určuje rozlíšenie tlače. Menšia tryska dokáže vytvoriť jemnejšie detaily, zatiaľ čo väčšia umožňuje rýchlejšiu tlač, ale s menším dôrazom na detail. filament je samotná surovina. Je to termoplast, ktorý sa dodáva na cievke, a je k dispozícii v rôznych typoch, ako napríklad PLA (ľahké na tlač), ABS (odolný a odolný voči teplu) a PETG (rovnováha medzi pevnosťou a jednoduchou manipuláciou). Nakoniec stavaná platforma je rovná plocha, na ktorej sa objekt tlačí. U mnohých strojov je táto platforma vykurovaná, aby sa zlepšila adhézia prvej vrstvy a zabránilo sa skrúteniu dielu pri chladení.

Pracovný postup: Od digitálneho návrhu po fyzický objekt

Cesta od 3D modelu na obrazovke po hmatateľnú hotovú súčiastku prebieha podľa jasného a systematického pracovného postupu. Tento proces prekonáva priepasť medzi digitálnym dizajnom a fyzickou realitou prostredníctvom niekoľkých výrazne odlišných etáp.

1. príprava a rezanie 3D modelu: Proces začína s 3D digitálnym modelom, ktorý môže byť vytvorený pomocou softvéru CAD alebo stiahnutý z online repozitára. Tento model, zvyčajne vo formáte súboru STL, sa potom importuje do špecializovaného programu nazývaného „rezač“ (slicer). Softvér rezača prevedie 3D model na stovky alebo tisíce tenkých vodorovných vrstiev a vygeneruje súbor s inštrukciami pre stroj, známy ako G-kód. Tento kód určuje každý pohyb tlačiarne, od dráhy trysky až po rýchlosť extrúzie a teplotu.
2. Nastavenie tlačiarne a naloženie materiálu: Než môže začať tlač, je potrebné tlačiareň pripraviť. To zahŕňa vloženie cievky filamentu do extrudéra, zabezpečenie čistoty a vyrovnanosti stavbyovej platformy a predohriatie trysky aj stolu na správne teploty pre konkrétny použitý materiál. Správna príprava je kľúčová pre úspešnú tlač, pretože problémy ako nevyrovnaný stôl môžu spôsobiť zlyhanie prvej vrstvy a tým celý tlačový proces.
3. Priebeh tlače v reálnom čase: Po načítaní G-kódu a pripravení tlačiarne sa spustí tlač. Tlačiareň dôsledne sleduje inštrukcie, pohybuje tlačovou hlavou pozdĺž osí X a Y a nanáša roztavený filament. Po dokončení každej vrstvy sa tlačová hlava posunie hore alebo stavbiová platforma sa posunie nadol pozdĺž osi Z, aby sa uvoľnilo miesto pre ďalšiu vrstvu. Tento aditívny proces sa opakuje vrstva po vrstve, až kým nebude objekt plne vytvorený. Táto fáza je väčšinou automatizovaná a môže trvať od niekoľkých minút až po mnoho hodín, v závislosti od veľkosti a zložitosti objektu.
4. Chladenie a odstránenie dielu: Keď je nanesená posledná vrstva, vyklopnú sa vyhrievače tlačiarne a objekt musí vychladnúť. Je dôležité, aby sa diel a stavaná platforma postupne ochladili, aby sa predišlo skresleniu alebo prasklinám spôsobeným tepelným napätím. Po ochladení na izbovú teplotu možno hotový diel opatrne odstrániť zo stavacej platformy, často s pomocou špachtle alebo škrabky.

Dokončovanie: Úprava hotového dielu

Bežným omylom pri 3D tlači je domnienka, že diel je úplne dokončený hneď po tom, čo je odobratý zo stavacej dosky. V skutočnosti väčšina výtlačkov vyžaduje nejaké dokončovacie úkony, ktoré z neho urobia upravený, funkčný diel. Táto záverečná fáza je rozhodujúca pre dosiahnutie požadovaného vzhľadu, pevnosti a presnosti rozmerov. Kroky môžu zahŕňať jednoduché úklidy až po zložitejšie techniky dokončovania.

Najzákladnejším krokom dokončovania je odstránenie podpory . Pri dizajnoch s komplexnými prevismi alebo mostami tlačiareň vytvára dočasné podporné štruktúry, ktoré zabraňujú pretékaniu roztaveného plastu počas tlače. Tieto podpery je potrebné opatrne odlomiť alebo odstrihnúť od hlavnej časti. U tlačidiel, ktoré používajú iný, rozpustný vo vode materiál na podpery, môže byť tento proces taký jednoduchý ako ich rozpustenie vo vode. Pri bežných podperách vyrobených zo stejného materiálu ako je samotná súčiastka však môže ich odstránenie spôsobiť malé chyby povrchu, ktoré si vyžadujú ďalšiu úpravu.

Na zlepšenie úpravy povrchu a odstránenie viditeľných vrstiev charakteristických pre FDM tlač broušenie a vyhladzovanie sú bežné techniky. Začínajúc s hrubým pískovým listom a prechádzajúc na jemnejšie písky, sa môže vytvoriť hladký, rovnomerný povrch. Pri niektorých plastoch, ako je napríklad ABS, proces nazývaný parné vyhladzovanie, ktorý zahŕňa vystavenie časti parám rozpúšťadla, môže mierne roztaviť vonkajšiu vrstvu, aby vznikol lesklý, vstrekovaný vzhľad. Ďalšie techniky doplnkového dokončovania zahŕňajú maľovanie, nanášanie epoxidného povlakov na zvýšenie pevnosti a tesnenie časti alebo dokonca zváranie viacerých tlačených dielov dohromady na vytvorenie väčších zložiek.

Často kladené otázky

1. Aký je proces extrúzie pri 3D tlači?

Extrúzia v 3D tlačiare zahŕňa kreslenie pevného materiálu, zvyčajne plastového vlákna, cez zahrievanú trysku, aby sa roztopil. Tento roztavený materiál sa potom uloží v kontrolovanej ceste, vrstva po vrstve, na stavebnú plošinu. Každá vrstva sa pri chladení spája s druhou, čím postupne vytvára trojrozmerný objekt založený na digitálnom modeli.

2. Vráť sa. Čo robiť, keď je 3D tlač hotová?

Keď je 3D tlač hotová, prvým krokom je nechať časť a tlačiarenskú konštrukčnú dosku ochladiť na izbovú teplotu, aby sa zabránilo deformácii. Po vychladnutí sa predmet môže opatrne odstrániť z plošiny. Po odstránení sú často potrebné ďalšie kroky po spracovaní, ako je odstránenie podporných štruktúr, brúsenie povrchu na vyhladenie vrstiev alebo maľovanie na estetické účely.

3. Vráť sa. Je 3D tlač považovaná za extrúziu?

Nie všetky 3D tlače sú extrúziou, ale extrúzia materiálov je jedným z najbežnejších typov technológie 3D tlače. Termín 3D tlač alebo aditívna výroba zahŕňa niekoľko rôznych procesov. Extrúzia materiálov, ktorá je najznámejšia ako Fused Deposition Modeling (FDM), je špecifická kategória v rámci 3D tlače, kde sa materiál extruduje cez trysku na výrobu dielu.