Роль 3D-печати в инновационных разработках: печать WAX3D и PA-6 на Volgobot A4 PRO

Аннотация

В этой статье мы расскажем о том, какую важную роль играет 3D-печать в мире инновационных разработок, продемонстрируем и расскажем тонкости в печати двумя крайне капризными (на самом деле нет) материалами (WAX 3D и PA-6), и расскажем как посредством температурного воздействия напечатать модель (практически!) без усадки, и как повысить ее прочность в домашних условиях.

Предисловие

Добрый день, дорогие друзья !

Мы продолжаем цикл статей о возможностях нашего оборудования в реализации различных идей и решении задач.

Для тех, кто впервые зашел в наш скромный уголок, напомню - что данные статьи созданы в целях повышения узнаваемости нашего бренда и оборудования. Здесь мы знакомим читателей портала с возможностями нашего 3D-принтера Volgobot A4 PRO, а всем интересующимся рассказываем в каких целях 3D-печать может применяться.

Здесь мы можете ознакомиться предыдущими статьями о нашем оборудовании:

Релиз

Дайджест обновлений

А здесь с предыдущими статьями с нашими кейсами и печати разными материалами:

Спасение завода, и печать PA66 GF-30

Как и обычно мы затронем следующие темы:

• Как наше оборудование справляется при печати различными материалами;
• Какие настройки для печати определенными материалами мы используем;
• В некоторых случаях будем проводить конкретный пример с информацией о том, какая была проблема у заказчика, как мы ее решили с помощью изделий распечатанных на нашем оборудовании, и какую экономическую выгоды получил заказчик.

1.Пару слов об оборудовании

В прошлой статье мы упомянули об АКТИВНОЙ ТЕРМОСТАТИРОВАННОЙ КАМЕРЕ, и поведали какими преимуществами она обладает. Сейчас мы затронем другой - даже более значимый параметр в оборудовании - ЭКСТРУДЕР.

При проектировании мы наделили его большой вариативностью, и надежностью.

Высокой надежности мы добились благодаря использованию цельнометаллических фрезерованных деталей. 

Помимо 1- и 2-ух экструдерной версии, есть возможность установить:

• Высокотемпературную модификацию с нагревом до 450° С, для печати PEEK’ом и аналогичным ему материалам.
• Оппозитный механизм подачи филамента, для лучшей подачи особо жестких (Угле/стеклонаполненные композиты) и особо мягких филаментов (Резиноподобные термопласты).
• Редуктор усиленной подачи, для еще более стабильного потока филамента в экструдер.
• Вишенка на торте: Наши экструдеры оснащены водяным охлаждением, что повышает точность работы, и делает наше оборудование более надежным.

Набор этих критериев делает наше оборудование абсолютно универсальным при работе со всеми доступными филаментами на рынке, а более подробно об экструдерах можно узнать у нас на: сайте или в наших социальных сетях.

2. Входные данные.

Ведь все же знают, что прототипирование - это один из тех аспектов, ради которых и была созданная 3D-печать?

Но что именно можно считать прототипом изделия? Что-то, что повторяет образ и вид будущего изобретения? Конечно же нет, в таком случае 3D-печать так бы и осталась универсальным решением для создания различных макетов и демонстрационных образцов. Мы уверены, что помимо внешнего вида прототип должен хоть в какой-то мере демонстрировать принцип работы будущего изделия. А еще лучше, если он способен работать в полной мере, но может быть не с таким большим сроком эксплуатации, как хотелось бы. Все это стало возможным благодаря различным материалам, которые разрабатывают доблестные инженеры-технологи.

Теперь ближе к сути.

Недавно к нам обратился один студент, который разрабатывает ветряк многолопастного типа. В процессе диалога - он скинул на изготовление необходимую для него модель.

Это ступица, которая должна быть достаточно прочной, т.к. фиксируется на болтовое соединение с лопастями. При этом она должна обязательно обладать стойкостью к различным погодным условиям, т.к. по сути работает на открытом воздухе под воздействие световых лучей. Также обсуждалась возможность изготовление данной детали литьевым способом из металла, на этапе, когда установка перестанет быть концептом и пойдет в серийное производство. Исходя из полученных данных, нами были выбраны два материала:

• NIT-MID компании Волгоградской компании NIT. Данный филамент является композитом на основе PA-6 (Полиамид-6). От чистого Полиамида - его отличает стойкость к УФ-излучению, и слегка пониженные температурные показатели при экструзии (Вероятно для того, чтобы гораздо большая часть оборудования могла им печатать) .
• WAX 3D от компании Filamentarno. Данный филамент по своей сути является парафином, а предназначен для создания разнообразных выплавляемых форм для литья. Причем данный филамент является единственным в своем роде, если не в мире, то в России уж точно.

3. Предварительная подготовка.

Полиамид является гигроскопичным материалом, поэтому он обязательно должен быть просушен на протяжении 4-6 часов при температуре 80-90° С. Сделать вы это можете в сушилке, или в термокамере нашего принтера.

C воском не все так просто.

• Во-первых: производитель рекомендует начинать печать этим филаментом в условиях абсолютной чистоты канала термобарьера и сопла. Мы не можем не согласиться с этим. Для прочистки канала рекомендуем сначала открутить сопло, а затем с понижением температуры прогнать ряд филаментов с постепенным понижением температуры.

Пример: Если последняя печать была PEEK’ом, то греете экструдер до 440° С, снимаете сопло, протягиваете остаток филамента или уже достаете остаток, затем вставляете PA66 (или любой другой пластик, с температурой экструзии 330+ ° С) и начинаете тянуть филамент, при этом сбросив температуру до 330° С, филамент будет тянуться c одновременным охлаждением экструдера. Затем вставляете ABS (или любой другой филамент с температурой экструзии 230+ ° С) повторяем манипуляцию, затем делаем тоже самое для PLA при температуре в 180 ° С, и в завершении вставляем WAX плавно опуская температуру до 120° С. Вставляете новое и чистое сопло, готово!

• Во-вторых: материал крайне мягкий и с полным отсутствием какой-либо прочности. Поэтому перед тем как вставить филамент в приемник - необходимо ПРАКТИЧЕСКИ ПОЛНОСТЬЮ ослабить зажим прутка, в противном случае: подающее колесико просто накрошит филамент и забьет экструдер. (для печати данным филаментом отлично подходит комплектация экструдеров с оппозитными зубчатыми колесами и системой водяного охлаждения)
• В-третьих: чаще всего печать на 3D-принтере с температурой сопла ниже 170°С запрещена прошивкой принтера. Для обхода этого ограничения используйте команду G-Code: "M302 S80" - ее можно вставить в стартовый G-Code в настройках слайсера. Эта команда снизит ограничение на температуру печати до 80°С. ИНФОРМАЦИЯ ВЗЯТА С САЙТА ПРОИЗВОДИТЕЛЯ.

Предварительная подготовка окончена.

4.Настройки печати

Габаритные размеры модели составляют:

Диаметр - 100мм;

Высота - 40мм.

WAX 3D:

Диаметр сопла = 0,5мм;

Высота слоя = 0,25мм;

Высота первого слоя = 0,3мм;

Ширина линий = 0,5мм;

Количество линий стенки = 2;

Слои дна/крышки = 4;

Температура экструдера = 120° С;

Температура термокамеры = 0° С;

Температура платформы = 0° С;

Температура платформы для первого слоя = 60° С;

Скорость печати = 40мм/c;

Скорость печати стенок = 40мм/c;

Ретракт = 5мм;

Скорость ретракта = 60мм/c;

Охлаждение = 30%;

Поток = 120%;

Тип прилипания к столу = кайма;

Дополнительное поле подложки = 10мм.

NIT-MID:

Диаметр сопла = 0,5мм;

Высота слоя = 0,25мм;

Высота первого слоя = 0,3мм;

Ширина линий = 0,5мм;

Количество линий стенки = 20;

Слои дна/крышки = 10;

Плотность заполнения = 100%;

Температура экструдера = 265° С;

Температура термокамеры = 120° С;

Температура платформы = 180° С;

Температура платформы для первого слоя = 180° С;

Скорость печати = 40мм/c;

Скорость печати стенок = 40мм/c;

Ретракт = 5мм;

Скорость ретракта = 60мм/c;

Охлаждение = 0%;

Поток = 97%;

Тип прилипания к столу = Отсутствует;

5. Рубрика BONUS

Это новая рубрика, в которой мы будем открывать нашим читателям небольшие секреты в работе с различными материалами(и не только).

Сегодня мы расскажем, о том, как посредством правильного температурного охлаждения напечатать изделие из полиамида без усадки и в процессе его нормализовать. При высоких температурах экструдера, платформы и термокамеры печать полиамида идет спокойно, и в какой-то момент даже забывается, насколько сложным этот материал является. Но при окончании печати - сюрпризы появляются вновь. Идеально напечатанное изделие в процессе охлаждении начинает загибаться, а геометрия плывет. Чтобы это исправить нужно собственноручно задать медленное охлаждение со стабильной скоростью, затем в какой-то момент сделать долгую паузу, и продолжить охлаждение вновь. Обо всем мы подробно расскажем ниже:

 Сама по себе усадка полиамида-6 составляет около 1,5-2,5%, поэтому масштабируем деталь по среднему значению в 2%, это можно сделать прямо в слайсере.

ВАЖНО: параметры усадки значительно отличаются у разных производителей, и в небольшой мере в рамках разных партий.

Слайсим модель по описанным выше параметрам, и открываем Gcode, листаем в самый низ, все следующие команды должны быть записаны в конце Gcode перед тем как будет сброшена температура.

Сейчас нам необходимо собственноручно прописать команды Gcode, которые будут задавать постепенное охлаждение оборудования до “комнатной температуры”.

С помощью команды: ”M104 S180 G4 120“ мы опускаем температуру печатной платформы со 180° С до 100° С со скоростью 1°С в 2 минуты , тем самым мы стабилизировали температуру печатной платформы с температурой термокамеры.

В конечном счете это выглядит так:

M141 S179

G4 S120

M141 S178

G4 S120

M141 S177

G4 S120

...

M141 S100

Затем дописав Gcode охлаждения мы вставляем 4 часовую паузу для нормализации модели. 

G4 S14400

Завершающим этапом мы продолжаем опускать температуру стола и термокамеры со 100° С до 50° С.

Итог:

M141 S99

M140 S99

G4 S120

M141 S98

M140 S98

G4 S120

M141 S97

M140 S97

G4 S120

...

M141 S50

M140 S50

На этом термообработка завершена.

6.Результат

Результат печати можете наблюдать на своих экранах:

Изделия геометрически верной формы, и изготовлены в прекрасном качестве.

Проверяем усадку модели из полиамида-6: напомню, что параметрические размеры детали составляли 102х102х40,8мм при масштабировании, а оригинал должен был быть 100х100х40, делаем замеры и видим:

Фактические размеры составили:

100x100x39,9мм. Можно считать идеальным попаданием. 

В завершении хотелось бы сказать, что в данном кейсе мы не сможем продемонстрировать условия эксплуатации и рассчитать экономический эффект, как это было сделано в прошлой статье (ввиду того, что это студенческий проект, и не известно когда он достигнет реализации, а не поделиться кейсом мы не могли).

Эта статья скорее служит примером того, что 3D-печать выходит на новую ветвь развития. Домашнее и офисное оборудование достигло того уровня, когда оно помимо разноцветных безделушек способно сделать по настоящему работоспособное изделие, а широкий выбор материалов сможет закрыть любые нужды.

Пишите в комментариях ваше мнение касательно выполненных работ и статьи в целом. Актуальную стоимость оборудования можете узнать обратившись к нашим менеджерам.

А теперь мы вынуждены прощаться! Пользуйтесь качественным оборудованием и успехов в ваших начинаниях!

____________________________________________________

С уважением, Роман Сальников.

Технический специалист.

P.S. Следующими материалами на очереди будут: PEEK от REC3D