Material extrusion — экструзия материалов 3d

  • автор:

Material extrusion или экструзия материалов в настоящее время является наиболее популярным процессом производства добавок с точки зрения доступности для общего потребительского спроса и качества.

Что такое Material extrusion

Что такое Material extrusion?

Material extrusion (экструзия материалов) — категория процессов струйной 3д печати в котором материал выборочно подается через сопло или жиклер. Согласно российскому ГОСТ Р 57558-2017/ и европейскому ISO/ASTM 52900:2015.

В категории Material extrusion для изготовления трехмерных деталей используется непрерывная нить из термопластичного или композитного материала. Материал в виде пластиковой нити подается через экструдированное сопло. Там он нагревается, а затем осаждается на строительной платформе слой за слоем.

Экструзия материалов — история

В 1988 году Скотт Крамп изобрел новый процесс 3д печати FDM, основанный на восковом свече и пистолете для горячего клея. Делая игрушку для своей дочери на кухне! И назвал экструзия материалов.

В следующем году он основал компанию Stratasys, которая стала одной из крупнейших AM-компаний в мире.

В 2005 году в Великобритании Адриан Бойер из Университета Бата запустил проект RepRap, основанный на технологии Material extrusion. Его цель состояла в том, чтобы иметь возможность использовать патенты с истекающим сроком действия. Которые сделают FFF (аналог FDM) доступным для всех

В результате создать 3D-принтер с открытым исходным кодом, способный к быстрой репликации самого себя (RepRap). Или, по крайней мере, сделать столько деталей для себя насколько можно.

Этот первый принтер с открытым исходным кодом был выпущен в 2008 году. В результате он вдохновил многие компании на создание собственных версий Material extrusion на основе платформы RepRap.

Этот дизайн с открытым исходным кодом наряду с истекшими патентами позволил появиться с тех пор сотням различных дизайнов принтеров и компаний. Это недавнее развитие внесло свой вклад в общее понимание общественностью технологии экструзия материалов.

Хотя основная технология началась более 30 лет назад. Большинство настольных 3D-принтеров в мире относятся к типу экструзия материалов. И являются тем, о чем большинство людей думают, когда думают о 3D-принтерах. Это относится и к FDM.

Изготовление из плавленой нити (FFF) – это, в принципе, тоже самое, разработанное участниками проекта RepRap. Но которая не ограничена для использования другими. Это также называется пластиковой струйной печатью.

Экструзия материалов — плюсы и минусы

Экструзия материалов — преимущества

Широкий выбор материала для печати

Легко понятная техника печати

Простой и удобный метод смены материала для печати

Низкие начальные и эксплуатационные расходы

Сравнительно быстрое время печати для мелких и тонких деталей

Допуск при печати +/- 0,1 (+/- 0,005 ″)

Не требуется надзор

Небольшой размер оборудования по сравнению с другими AM

Сравнительно низкотемпературный процесс

3D-печать Material extrusion создает новые возможности для конструирования деталей. Позволяет инженерам реализовывать свои конструкции с закрытыми полостями и многими другими геометриями.

Которые невозможно изготовить с использованием традиционных технологий изготовления. Детали с различными размерами и формами, которые требуют значительных изменений инструмента и напряжений, могут быть изготовлены за одно целое без дополнительных вмешательств с помощью 3D-печати.

Из-за почти нулевого расхода материала экструзия материала подходит для более дорогих материалов.

Material extrusion - недостатки

Material extrusion — недостатки

Видимые линии слоя

Экструзионная головка должна продолжать движение, иначе материал столкнется

Поддержка может потребоваться

Плохая прочность детали вдоль оси Z (перпендикулярно платформе)

Более высокое разрешение и более широкая область увеличивают время печати

Подвержен деформации и другим колебаниям температуры, таким как расслоение

Токсичные печатные материалы

Существуют некоторые процессуальные ограничения. Поскольку экструзия материалов происходит путем нанесения расплавленной формы материала послойно. Таким образом, предоставляя свободу создавать более сложные геометрии, чем любой другой способ изготовления.

При использовании Material extrusion может быть сложно изготовить такие геометрии, как крутые выступы и мосты.

Material extrusion — другие названия:

Прямая запись чернил или DIW

Изготовление экструзионной формы или EFF

Моделирование наплавки или FDM® (Stratasys Inc.)

Изготовление плавленых нитей или FFF

Стеклянная 3D-печать или G3DP

Моделирование осаждения жидкости или LDM

Микропен написание

Пластиковая струйная печать или PJP (3D Systems Corporation)

Робокастинг или робототехническое осаждение

Основной принцип технологии

Material extrusion — основной принцип

Основной принцип Material extrusion заключается в том, что любой материал, который находится в полужидкой или пастообразной форме, можно протолкнуть через сопло и использовать для рисования 2D-сечений нарезанной 3D-модели.

Экструзия материала работает подобно тому, как горячий клеевой пистолет нагревает стержень клея. А курок избирательно проталкивает материал через сопло.

Экструдированный материал не должен быть пластиковым или даже нагретым. Хотя в подавляющем большинстве этих принтеров используется пластик. Такой как ABS (акрилонитрил-бутадиен-стирол) или PLA (полимолочная кислота).

Можно использовать любой материал, который можно протолкнуть через сопло (нагретый или нет) и впоследствии сохранить свою форму. Другие примеры включают цемент, шоколад, керамические пасты или жидкие растворы. А также металлические глины и пластмассы с металлическим наполнителем, измельченную и смешанную пищу.

Или даже биосовместимый органический клеточный гель для строительных лесов.

Экструзия материалов — построение технологии

Экструзия материалов масштабируемая, ограничена только размером сопла и структурой машины. Эта структура может принимать различные формы. Например, такие как конфигурация дельта-робота или мульти-сочлененного оружия робота.

Эта структура принтера также может быть построена с использованием традиционных структур лесов для создания некоторых из крупнейших принтеров в мире. Существуют планы по созданию принтеров, которые перемещаются по рельсовой системе. В результате обеспечивая почти неограниченную длину сборки в одном направлении.

На одной машине может быть установлено несколько печатающих головок. Что позволяет печатать несколько материалов. Но могут быть проблемы с калибровкой между головками. Таким образом, более 2 головок на машине встречаются редко.

Экструзия материалов - материалы

Экструзия материалов — материалы

Главным преимуществом Material extrusion является широкий ассортимент материалов, которые он может использовать. Можно использовать почти все типы термопластов.

От стандартных пластиков, например, таких как АБС, до более конструкционных. Таких как нейлон, вплоть до современных инженерных пластиков. Например, таких как полиэфирэфиркетон, также известный как PEEK.

Эти пластмассы обладают превосходной стабильностью размеров. Могут быть использованы в качестве деталей для конечного использования. Как, например, в Boeing 787. Где многие детали (в основном воздуховоды) печатаются в 3D-печати FDM.

Material extrusion — механизм

Механика Material extrusion довольно проста и ее легко изменить. Особенно благодаря наличию проектов с открытым исходным кодом. Таким образом, люди использовали эти принципы для печати всего, что может поместиться в шприц или может быть превращено в нить накала.

Некоторые недостатки Material extrusion заключаются в том, что этот процесс медленный. Поскольку одновременно работает только одна форсунка. А весь слой должен быть разделен на реальный инструмент пути, чтобы проследить весь 2D-срез.

Этот путь инструмента приводит к тому, что коэффициент заполнения составляет менее 100% из-за геометрических ограничений и диаметра сопла. Детали, как правило, имеют свойства анизотропного материала. Но одна и та же деталь может демонстрировать различную прочность. В зависимости от того, как она была напечатана.

Высота слоя, как правило, больше, чем у других процессов. Следовательно, более заметна и способствует более высокой шероховатости поверхности. Необходимо использовать опорные материалы и конструкции.

В противном случае может произойти значительное провисание в зависимости от геометрии. Удаление этих опор является ручным и трудоемким процессом. Либо процессом, который требует растворения и промывания деталей в какой-либо химической ванне.

Как правило в Material extrusion используется только один материал. Причем один основной материал и один вспомогательный материал довольно распространены. Что-либо более чем один материал и поддержка редки. Это обычно требует специализированных печатающих головок или специальных методов калибровки.

Все новости в наших группах: вконтакте, twitter, facebook