Коротко

Процес екструзії 3D-друку перетворює цифрову 3D-модель на готову фізичну деталь шляхом плавлення термопласта, зазвичай дроту, та нанесення його шар за шаром через нагріву сопло. Цей метод адитивного виробництва, що також відомий як фузійне моделювання наплавленням (FDM), включає підготовку цифрового файлу, налаштування принтера, автоматизований процес друку та, нарешті, постобробку для поліпшення деталі.

Розуміння процесу екструзії матеріалу

Матеріальна екструзія — це базова технологія у світі 3D-друку, яку відзначають за доступність і універсальність. Суть процесу нагадує роботу роботизованого гарячого клеєного пістолета. Твердий термопластичний матеріал, зазвичай у формі довгого дроту, намотаного на котушку, подається в нагрівальний друкуючий пристрій. Там він розплавляється до напіврідкого стану і витискається через тонкий сопло. Комп'ютер керує рухом цього сопла, наносячи форму кожного шару об'єкта на платформу побудови.

Після завершення одного шару платформа опускається трохи нижче, і друкуюча головка починає наносити наступний шар поверх попереднього. Кожен розплавлений шар зливається з тим, що знаходиться під ним, по мірі охолодження та затвердіння. Цей процес багаторазового нанесення триває до тих пір, поки весь об'єкт не буде створено знизу вгору. Цей метод офіційно є одним із семи основних видів адитивного виробництва та широко відомий під торговельною маркою Fused Deposition Modeling (FDM), вперше запатентованою компанією Stratasys.

Хоча цей процес найчастіше асоціюється з пластиками, такими як PLA та ABS, для швидкого прототипування та використання любителями, спеціалізовані форми екструзії матеріалів застосовуються також до інших матеріалів, у тому числі металів. У високонавантажених галузях, таких як автомобільна промисловість, використовується інший виробничий процес — екструзія алюмінію — для виготовлення міцних, легких компонентів. Компанії, такі як Shaoyi Metal Technology спеціалізуємося в цій галузі, пропонуючи комплексні послуги від створення прототипів до повномасштабного виробництва в рамках суворих систем якості, таких як IATF 16949.

Основні компоненти системи екструзії 3D-друку

Щоб успішно перетворити цифровий файл на фізичний об'єкт, екструзійний 3D-принтер покладається на кілька ключових компонентів, які працюють у поєднанні. Розуміння їх ролей має важливе значення для розуміння роботи всієї системи. Ці частини керують усім — від подачі матеріалу до його плавлення та точного розміщення.

Серцем системи є екструдер , який відповідає за подачу нитки в принтер. Він складається з 'холодного кінця' з двигуном та зубчастим механізмом, який захоплює нитку і просуває її вперед, і 'гарячого кінця', де відбувається плавлення. гарячий кінець сам по собі містить нагрівальний блок і термістор для підтримки точної температури, забезпечуючи стабільне плавлення нитки для рівномірного протікання через сопло. Якість гарячого кінця має вирішальне значення для запобігання засміченню та отримання друків високої якості.

Далі йде дузка , невеликий наконечник, через який подається розплавлений пластик. Діаметр сопла є критичним параметром, оскільки визначає роздільну здатність друку. Менше сопло може створювати більш дрібні деталі, тоді як більше друкує швидше, але з меншою деталізацією. нитка є сама сировина. Це термопластик, який постачається на котушці, і буває різних видів, таких як PLA (легкий у друці), ABS (міцний і стійкий до високих температур) та PETG (збалансований варіант міцності та простоти використання). Нарешті, платформа для друку — це рівна поверхня, на якій друкується об'єкт. У багатьох пристроях ця платформа підігрівається, щоб покращити прилипання першого шару та запобігти деформації виробу під час охолодження.

Робочий процес: від цифрового дизайну до фізичного об’єкта

Шлях від 3D-моделі на екрані до реального готового виробу проходить чіткий і систематичний робочий процес. Цей процес зв’язує цифровий дизайн і фізичну реальність через кілька окремих етапів.

1. підготовка 3D-моделі та тривимірне нарізання: Процес починається з 3D-цифрової моделі, яку можна створити за допомогою програмного забезпечення САПР або завантажити з онлайн-сховища. Ця модель, як правило, у форматі файлу STL, імпортується в спеціалізовану програму, яка називається «слайсер». Програмне забезпечення слайсера перетворює 3D-модель на сотні або тисячі тонких горизонтальних шарів і створює файл з інструкціями для пристрою, відомий як G-code. Цей код визначає кожен рух принтера — від траєкторії сопла до швидкості екструзії та температури.
2. Налаштування принтера та завантаження матеріалу: Перш ніж почати друк, необхідно підготувати принтер. Це включає завантаження котушки філаменту в екструдер, перевірку чистоти та рівності платформи побудови, а також попереднє нагрівання сопла й платформи до потрібних температур для конкретного використовуваного матеріалу. Правильне налаштування має вирішальне значення для успішного друку, оскільки проблеми, наприклад, нерівна платформа, можуть призвести до відмови першого шару і зіпсувати весь друк.
3. Процес друку в реальному часі: Після завантаження G-коду та підготовки принтера розпочинається друк. Принтер ретельно виконує інструкції, переміщуючи головку екструзії по осях X та Y, щоб наносити розплавлений філамент. Після завершення кожного шару друкуюча головка піднімається вгору, або платформа побудови опускається вниз по осі Z, щоб звільнити місце для наступного шару. Цей адитивний процес повторюється шар за шаром, доки об'єкт повністю не сформується. Цей етап переважно автоматизований і може тривати від кількох хвилин до багатьох годин, залежно від розміру та складності об'єкта.
4. Охолодження та вилучення деталі: Після нанесення останнього шару нагрівальні елементи принтера вимикаються, і об'єкт повинен охолонути. Важливо дозволити деталі та платформі для друку повільно охолонути, щоб запобігти деформації або тріщинам через термічні напруження. Після охолодження до кімнатної температури готову деталь можна обережно вилучити з платформи, найчастіше за допомогою шпателя або скребка.

Опрацювання після друку: уточнення готової деталі

Поширеним заблужденням щодо 3D-друку є те, що деталь повністю готова в ту мить, коли її знімають з платформи. Насправді, більшість друкованих виробів потребує певної обробки після друку, щоб перетворити їх із сирого об'єкта на відполіровану, функціональну деталь. Цей остаточний етап є вирішальним для досягнення бажаного зовнішнього вигляду, міцності та розмірної точності. Дії, які виконуються, можуть варіюватися від простого очищення до складніших методів остаточної обробки.

Найпростішим кроком післядрукової обробки є видалення опор . Для моделей із складними звисами або мостами принтер створює тимчасові опорні структури, щоб запобігти провисанню розплавленого пластику під час друку. Ці опори необхідно акуратно відламати або відрізати від основної деталі. Для принтерів, які використовують інший, розчинний у воді матеріал для опор, цей процес може бути таким простим, як розчинення їх у воді. Однак для звичайних опор, виготовлених з того ж матеріалу, що й деталь, їх видалення може залишити невеликі дефекти, які потребують додаткової обробки.

Для покращення якості поверхні та видалення видимих ліній шарів, характерних для FDM-друку, шлифовання та гладкість є поширеними методами. Використання наждачного паперу з поступовим переходом від грубших до дрібніших абразивів дозволяє отримати гладку й рівномірну поверхню. Для певних пластиків, таких як ABS, застосовують процес, відомий як парова полірування, під час якого деталі піддаються впливу пари розчинника, що трохи розплавляє зовнішній шар і надає поверхні блискучого вигляду, подібного до поверхні литих деталей. Інші методи остаточної обробки включають фарбування, нанесення епоксидного покриття для підвищення міцності та герметизації деталі або навіть зварювання окремих друкованих елементів разом для створення більших конструкцій.

Поширені запитання

1. Що таке процес екструзії у 3D-друку?

Процес екструзії у 3D-друку полягає у протягуванні твердого матеріалу, зазвичай пластику у вигляді дроту, крізь нагріву сопло, щоб розплавити його. Цей розплавлений матеріал потім наноситься по заданому шляху шар за шаром на платформу друку. Кожен шар зливається з попереднім під час охолодження, поступово формуючи тривимірний об'єкт на основі цифрової моделі.

2. Що робити, коли 3D-друк завершено?

Коли 3D-друк завершено, першим кроком є дати деталі та платформі принтера охолонути до кімнатної температури, щоб запобігти деформації. Після охолодження об'єкт можна обережно зняти з платформи. Після цього часто потрібні етапи остаточного опрацювання, наприклад, видалення опорних структур, шліфування поверхні для усунення слідів шарів або фарбування з естетичних міркувань.

3. Чи вважається 3D-друк екструзією?

Не всі 3D-друкування є екструзією, але екструзія матеріалів є одним з найбільш поширених видів технології 3D-друку. Термін 3D-друкування або аддітивне виробництво включає в себе кілька різних процесів. Екструзія матеріалів, більш відома як моделювання сплавленого осаду (FDM), є специфічною категорією в 3D-друку, де матеріал екструдується через сопло для створення частини.