Компания «Технология 21 век» предлагает сапфировые сопла для FDM 3D-принтеров

Компания «Технология 21 век» разработала износостойкие сапфировые сопла для FDM 3D-печати филаментами из композитных материалов и тугоплавких конструкционных термопластов.FDM 3D-печать прошла пик ожиданий в 2014-2015 годах — самая массовая, самая простая, самая продвинутая в плане применяемых материалов. Сотни тысяч любителей и десятки тысяч профессионалов работают по технологии FDM, однако за последние десять лет не было придумано ничего действительно прорывного, кроме композитных и высокотемпературных филаментов.

Конечно, мы видели рекламные заявления о гигантских принтерах, печатающих фермах, сменных экструдерах, многониточных головках, печатающих несколькими разными филаментами практически одновременно. Но настоящего прорыва пока не случилось. На наш взгляд, сформировалась целая экосистема FDM со своим сообществом, убеждениями, модой, передовиками и аутсайдерами. Но если мы сравним деталь, напечатанную на хорошо настроенном простейшем китайском 3D-принтере за сто долларов и на профессиональном оборудовании за пятьдесят тысяч долларов, мы не увидим принципиальной разницы.Технологическая гонка подстегивается не конструкторами, а химиками, предлагающими все новые и новые материалы для 3D-печати. Это нередкое явление, когда перед технологами и конструкторами стоит задача — а как печатать новым филаментом? И начинаются «танцы с бубнами» вокруг настроек, температур экструзии, ретракта, систем охлаждения и прочего. И вдруг оказывается, что многие 3D-принтеры не способны стабильно работать с появляющимися как грибы после дождя новыми композитными материалами.

Основные проблемы, с которыми сталкиваются пользователи принтеров при освоении 3D-печати новыми композитными и высокотемпературными филаментами:

• Стандартные сопла из латуни при печати композитными материалами подвергаются неконтролируемому быстрому абразивному износу, просвет сопла расширяется, из-за этого нарушается геометрия изделия, особенно на мелких фрагментах
• На соплах из латуни при высоких температурах образуется внутренний нагар, латунь подвергается коррозии. Частички материала сопла попадают в тело детали
• Из-за неравномерного износа и нарушения геометрии выходного отверстия сопла, печать в разных направлениях по плоскости XY получается разной, что влечет увеличение брака в готовых изделиях, плохую сцепку слоев
• Некоторые новые высоковязкие филаменты вообще не могут быть напечатаны стандартным латунным соплом из-за того, что имеют высокий коэффициент поверхностного натяжения и не проходят в отверстия диаметром менее 0,3 мм при стандартных режимах экструзии
  
  

Также известно, что стандартные сопла загрязняются снаружи, так как пластик прилипает к латуни или стали. Приходится постоянно чистить сопло пинцетом, тряпочкой или, что еще хуже, пальцами.Оптимальным решением проблем с 3D-печатью композитными и высокотемпературными филаментами может стать замена стандартных латунных или стальных сопел фильерами из искусственного корунда (лейкосапфира).

Несколько лет назад, совершенствуя один из своих FDM 3D-принтеров, коллектив высокотехнологичной компании ООО «Технология 21 век» начал использовать в печатающем сопле вставку из искусственного сапфира. Это было очевидно: повышалась точность и стабильность печати, сопло становилось долговечным, выдерживало очень высокую температуру без ухудшения параметров. Тогда на рынке не было достойных предложений в плане композитных и высокотемпературных филаментов. В Европе идею подхватили: сделали сопло со вставкой из искусственного рубина (Olsson Ruby). Китай тоже не остался в стороне и предлагает такие сопла с прошлого года. Но, как говорится, дьявол кроется в деталях. Дело в том, что просто заменить часть канала сопла на искусственный камень мало. Нужно понимать, как ведет себя расплав филамента при контакте с соплом, что реально происходит в зоне печати, и прочие тонкости. Из-за того что сопла с искусственными рубинами, которые сейчас есть на рынке, сделаны без серьезных исследований, они в целом не достигают тех целей, которые заявляют их производители, и ведут себя при печати почти так же, как и стандартные сопла, только имеют в несколько раз большую цену, чем обычные.В результате масштабной научно-исследовательской работы, которая велась в течении нескольких лет в компании «Технология 21 век», была создана фильера SAPPHIRUS со вставкой из лейкосапфира — синтетического бесцветного корунда высокой чистоты.

Что мы уже сделали:

• Наладили производство фильер (сопел) уникальной конструкции из искусственного сапфира в России. Диаметр канала — от 0,07 мм до 1,5 мм с шагом в 0,1 мм. Типоразмеры корпусов, в которых закрепляются вставки из камня — любые (стандартные, PICASO, 3D Systems, Mass Portal и другие). Также, мы можем изготавливать не только латунные корпуса сопел, но и стальные, из жаропрочных сталей, комбинированные
• Провели системные испытания на десятках различных FDM 3D-принтеров, в том числе и на профессиональных (Mass Portal , PICASO и др.)
• Заменили на сапфировые все фильеры своего собственного парка 3D-принтеров, значительно повысив качество изделий
  
  

Результаты испытаний показали:

• Скорость печати может быть значительно увеличена: нам удалось получить стабильный результат на скоростях до 500 мм/с
• При 3D-печати композитными филаментами (угленаполненными, абразивными, с металлом, стекловолокном) сопло работает исключительно стабильно. Например, на угленаполненном до 20% филаменте высокой прочности обычное латунное сопло из-за нагара перестает пропускать расплав после получаса работы. Мы печатали сапфировым соплом почти непрерывно в течение месяца (более 16 кг филамента через одно сопло) без ухудшения качества печати
• Некоторыми видами высокотемпературных пластиков семейства ПЭЭК (полиэфирэфиркетон, PEEK) удалось качественно печатать только нашими фильерами
• Нет нагара, нет засорения, нет комкования и термодеструкции композитного филамента из-за чрезвычайно низкой адгезии пластика к камню и особой формы экструзионного канала
• Рабочая температура фильеры — до 400 градусов в латунном корпусе. Если корпус сделан из жаропрочной стали — до 1000 градусов
  
  

Отличия наших фильер от зарубежных аналогов:

• Улучшение геометрии построения слоя из-за того, что сферический кончик фильеры имеет минимальное пятно контакта с деталью
• Прямое улучшение качества напечатанной детали: во всех горизонтальных направлениях фильера работает одинаково
• Более прочные: снижен риск раскалывания сапфировой вставки при настройке и ударных соприкосновениях фильеры с рабочим столиком 3D-принтера
• Уникальная конструкция корпуса фильеры и вставки из сапфира, созданная по результатам гидродинамических расчетов и экспериментов с различными формами каналов в фильерах
• Уникальный способ установки вставки из сапфира в корпус фильеры, компенсирующий разницу в коэффициентах линейного расширения камня и металла
• Минимальное загрязнение рабочей части фильеры, так как филамент не прилипает к сапфиру, то есть адгезия пластика минимальна
• Оказывают меньшее на 30-40% сопротивление при экструзии любых филаментов
• Беспрецедентная долговечность и стабильность
  
  

Выводы:

Технологическая гонка в аддитивном производстве, появление новых филаментов, требует совершенствования самих 3D-принтеров. Созданные компанией «Технология 21 век» фильеры из лейкосапфира — небольшой, но значимый шаг в этом направлении.

При использовании наших фильер становятся возможными улучшение качества и повышение стабильности 3D-печати композитными и высокотемпературными филаментами, достижение значимой экономии и многократное увеличение срока службы экструдера практически в любом FDM 3D-принтере.Компания «Технология 21 век» также имеет разработки и ведет исследования в технологии прямой печати расплавами металлов и керамическим шликером, ультразвуковом нагреве и сварке, создании высокопроизводительных экструдеров FDM и FFF на основе термоэлектрических элементов Пельтье, вихревых адиабатических безвентиляторных охладителей для 3D-принтеров, систем сушки и оптимизации филаментов. Мы предлагаем самые современные и высокоэффективные решения для аддитивного производства!

Официальный сайт предприятия пока еще в разработке, но контактная информация доступна в группе компании ВKонтакте и на Instagram.

Пресс-релиз

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.