Drukarka 3D: jak działają najlepsze włókna i jakie są - po prostu wyjaśnione

Druk 3D staje się coraz bardziej popularny. W tym artykule wyjaśniono, jak działa drukarka 3D, których filamentów używasz do drukowania imponujących modeli oraz kilka praktycznych wskazówek.

Jak działa drukarka 3D?

Drukarki 3D są jak piasek nad morzem. W związku z tym istnieją różne techniki tworzenia modelu przez drukarkę. Zasadniczo jednak wszystkie drukarki można przypisać do jednej z czterech różnych technik.

• Z jednej strony istnieje stereolitografia („SL” lub „SLA”). Drukarka ma wannę, w której znajduje się ciekły fotopolimer. Fotopolimery to tworzywa sztuczne, które twardnieją pod wpływem światła. Drukarki zwykle pracują z żywicą akrylową, epoksydową lub winyloestrową. Żywicę utwardza ​​się za pomocą lasera. W misce fotopolimerowej znajduje się płaskowyż, który przesuwa się nieco w dół po stwardnieniu o jeden poziom (głębiej do łazienki). Po pełnym utwardzeniu modelu tworzywa sztuczne mają wysoką wytrzymałość i odporność chemiczną. Zaletą tego procesu jest jego dokładność: drukarka może również drukować struktury o wielkości mikrometra. Niestety drukarki do stereolitografii są obecnie bardzo drogie.
• Znane jest również selektywne spiekanie laserowe („SLS”). Aby zrozumieć, jak to działa, wyobraź sobie rurę, w której ponownie zbudowano płaskowyż. Płaskowyż jest na początku na górze. Przede wszystkim wałek służy do rozprowadzania plastiku, pokrytego plastikiem piasku formierskiego, proszku metalowego lub ceramicznego na płaskowyżu. Laser przejeżdża następnie przez płaskowyż i ogrzewa pewne punkty w proszku, aby się połączyły i utworzono pierwszy poziom obiektu. Płaskowyż następnie nieco schodzi i proces zaczyna się od nowa. Tak więc obiekt można budować kawałek po kawałku. Praktyczne jest tutaj to, że reszta materiału może działać jako materiał nośny i - w przeciwieństwie do stereolitografii - nie trzeba drukować żadnych struktur nośnych.
• W klasycznym druku 3D, modelowaniu z topieniem („FDM”), płynne tworzywo sztuczne nakłada się na powierzchnię warstwami za pomocą wytłaczarki, która natychmiast twardnieje. Następnie powierzchnia przesuwa się nieco w dół (lub wytłaczarka w górę) i drukowana jest następna warstwa. Drukarki są stosunkowo niedrogie i można je samemu zmontować z pewnym know-how. Należy jednak wydrukować materiał nośny dla obiektów z „zwisem”, tj. Obiektów, które są znacznie szersze u góry niż u dołu. Ponadto dokładność drukowania jest stosunkowo nieprecyzyjna w porównaniu do stereolitografii. Dla hobbystów i zainteresowanych jest to jednak właściwa procedura.

Jakie są włókna?

Dzięki modelowaniu z osadzaniem stopionym drukujesz za pomocą tak zwanych filamentów. Są to rolki, na których nawijane są materiały termoplastyczne w postaci drutu. Istnieją jednak pewne różnice w zależności od typu.

• Polilaktydy („PLA”) są najczęściej stosowane w drukarkach. Tworzywo sztuczne pozyskiwane jest głównie ze źródeł regeneracyjnych, takich jak skrobia kukurydziana. Niemniej jednak nie ulega biodegradacji. Plastik jest bezpieczny dla żywności i hydrofobowy ze względu na swoją grupę metylową. Jest również trudnopalny i odporny na promieniowanie UV przez długi czas. Największą zaletą jest jednak druk: nie ma nieprzyjemnego zapachu.
• Bardzo często stosuje się również kopolimer akrylonitryl-butadien-styren („ABS”). To tworzywo sztuczne jest jednym z najczęściej używanych tworzyw sztucznych na świecie. Jest szczególnie odporny na oleje, smary i wysokie temperatury. W przeciwieństwie do PLA, ABS jest znacznie trudniejszy. Jednak nie należy wdychać zapachu tego plastiku podczas drukowania. Odpowiedzialność jest poważnym problemem podczas drukowania. Podczas gdy PLA dobrze przylega do ogrzewanej szklanej płyty, niektóre rodzaje ABS przylegają bardzo słabo pomimo bardzo gorącego łóżka grzejnego i dwustronnej taśmy klejącej. Jednak bardzo ładne modele można stworzyć z ABS. Po wydrukowaniu modele zwykle mają matowy kolor. Jeśli jednak umieścisz model pod szklaną kopułą zawierającą szmatkę zwilżoną acetonem, model stanie się dość gładki po pewnym czasie: ABS rozpuszcza się w acetonie, ketonie metylowo-etylowym lub dichlorometanie.
• Alkohol poliwinylowy („PVAL” lub „PVOH”), który powstaje w wyniku hydrolizy polioctanu winylu, jest bardzo praktyczny w przypadku modeli z wystającym zwisem. Cechą szczególną tego tworzywa jest to, że jest rozpuszczalny w wodzie. Na przykład w drukarce 3D z dwoma wytłaczarkami można wydrukować model za pomocą PLA, ale strukturę nośną za pomocą PVAL. Jednak ten plastik jest nieodpowiedni jako filament do drukowania rzeczywistego modelu, ponieważ woda jest absorbowana z powietrza, a modele nie wytrzymają długo.
• Polistyren wysokoudarowy („HIPS”) jest najczęściej stosowany jako materiał nośny dla ABS. Tworzywo to ma wysoką odporność na uderzenia i twardość, ale może być rozpuszczone przez limonen, który można znaleźć na przykład w oleju cytrynowym.
• Drukowanie za pomocą związków PLA jest szczególnie ekskluzywne. Jest to mieszanina PLA i cząstek innych substancji. Możesz więc drukować na przykład na drewnie lub miedzi.
• Poliwęglany („PC”) są rzadko stosowane w druku. Zaletą jest tutaj bardzo wysoka temperatura topnienia od 270 ° C do 300 ° C. Tworzywo to ma również wysoką odporność na uderzenia i odporność na ciepło.
• Jeśli chcesz drukować koła zębate lub śruby, które muszą wytrzymać duże siły i nie mogą pękać, zaleca się aminę kwasu poliheksametyleno-adypinowego, znaną również jako „nylon” lub „PA”.
• Włókna „elastyczne” lub „elastyczne”, które zwykle składają się z różnych materiałów, często można znaleźć w Internecie. Największą zaletą jest tutaj elastyczność. Umożliwia to drukowanie modeli elastycznych i gumowych. Z reguły jako główny składnik stosuje się termoplastyczne elastomery na bazie uretanu („TPU”).
• Możesz także drukować kubki i talerze. Do tego potrzebny jest plastik bezpieczny dla żywności. Oprócz PLA istnieje również polipropylen („PP”), który jest również nieco elastyczny. Bezpieczne dla żywności połączenie PLA i ABS to PETG, który jest również łatwy do wydrukowania i bardzo odporny na warunki atmosferyczne.

Jak działa proces drukowania?

Najpierw utwórz model 3D za pomocą programu CAD i zapisz go jako plik STL.

• Ten plik STL jest następnie ładowany do programu do krojenia, takiego jak Cura lub Slic3r.
• W programie krojenia można ustawić właściwości modelu, takie jak gęstość wypełnienia lub użycie konstrukcji wsporczych.
• Następnie program konwertuje model 3D na kod G. Zawiera wszystkie pozycje, w których wytłaczarka powinna przesuwać się jedna po drugiej. W międzyczasie filament jest wytłaczany, tworząc model haptyczny.

W kolejnej praktycznej wskazówce przedstawiamy wprowadzenie do programu CAD „Solid Edge”, za pomocą którego można tworzyć wiele praktycznych modeli 3D.