2-gi BŁĄD PRZY ZAKUPIE DRUKARKI 3D - "duży, wielki, olbrzymi" obszar roboczy...

Jedna z niepisanych zasad druku 3D mówi, że łatwiej jest spotkać Yeti, niż znaleźć klienta poszukującego drukarkę 3D z małym obszarem roboczym… Z drugiej strony, równie ciężko znaleźć kogoś, komu nie zaświecą się oczy na propozycję prezentacji drukarki 3D pozwalającej na drukowanie naprawdę dużych rzeczy. Wielkoformatowe drukarki 3D to jedne z najchętniej poszukiwanych i pożądanych urządzeń na rynku druku 3D, niestety osoby nimi zainteresowane rzadko kiedy są świadome związanych z tym problemów i ograniczeń…

W niniejszym cyklu prezentujemy najczęstsze błędy jakie popełniają osoby zainteresowane zakupem pierwszej drukarki 3D. W pierwszej części opisywaliśmy kwestię niedopasowania oczekiwań co do jakości urządzenia i efektów jego pracy względem posiadanego budżetu (ZOBACZ: „1-szy BŁĄD PRZY ZAKUPIE DRUKARKI 3D – jak najtańsza, czyli po co przepłacać?„). Teraz pochylimy się nad tematem drukowania 3D detali o dużych gabarytach, wychodzących poza standardowe 20 cm w osiach XYZ.

Jednym z największych paradoksów związanych z technologiami przyrostowymi, na który natrafiają początkujący użytkownicy drukarek 3D, jest czas powstawania detali. Z jednej strony wydaje się on strasznie długi względem powszechnych wyobrażeń (w zależności od rozmiaru detalu, użytej techniki addytywnej oraz dokładności i precyzji wydruku, trwa to średnio od kilku do kilkudziesięciu godzin), z drugiej gdy porównamy go do innych, tradycyjnych technik wytwórczych (frezowanie, odlewnictwo, formowanie wtryskowe etc.) okazuje się, że cały proces może być nie tylko bez porównania szybszy, to na dodatek niewspółmiernie tańszy!

ZOBACZ: Czym jest druk 3D i jak działa?

Abstrahując od tego jak to ostatecznie ocenimy, faktem jest że drukowanie przestrzenne to bardzo specyficzny proces produkcyjny, rządzący się określonymi prawami. Bez względu na metodę wygląda to zawsze tak samo: materiał budulcowy (termoplast, żywica, proszek poliamidowy lub metaliczny) jest najpierw spajany selektywnie w osiach XY tworząc pojedynczą warstwę, a następnie na jej powierzchni jest nakładana kolejna warstwa materiału, również selektywnie spajana – tym razem zarówno w płaszczyznach XY jak i Z. Oznacza to, że detal nie powstaje od razu, tylko sukcesywnie, zmieniając swoją strukturę i integralność. Na dodatek proces ten odbywa się często w warunkach podwyższonej temperatury, co dodatkowo oddziałuje na materiał z którego budowany jest detal.

To wszystko razem sprawia, że podczas procesu druku 3D materiał budulcowy cały czas pracuje, zmieniając swój stan i objętość. W konsekwencji dochodzi do zjawiska skurczu, które albo deformuje detal na krawędziach, albo powoduje, że się rozwarstwia (pęka). W zależności od techniki addytywnej oraz zastosowanego materiału może być on minimalny i ledwie zauważalny, albo duży i mocno problematyczny. Rozmiar drukowanego detalu ma tu bardzo duże znaczenie – im większy jest jego gabaryt, tym trudniej będzie okiełznać jego skurcz.

W najpopularniejszej na rynku technologii FDM / FFF (drukowanie 3D z termoplastów w formie żyłki), skurcz materiału to jedno z największych wyzwań z jakim borykają się użytkownicy urządzeń tego typu. Wynika to zarówno ze specyfiki procesu produkcyjnego jak i właściwości samych tworzyw sztucznych, z których są budowane detale. Im dane tworzywo jest lepsze pod względem właściwości inżynieryjnych, chemicznych, fizycznych etc., tym trudniejsze jest do okiełznania pod względem skurczu. Równocześnie producenci materiałów do druku 3D (filamentów) jako jeden z najważniejszych celów, jaki sobie stawiają, to opracowanie tworzywa, które będzie jak najmocniejsze i najwytrzymalsze, a równocześnie charakteryzujące się minimalnym skurczem…

W ten oto sposób przechodzimy do kwestii drukarek 3D z dużym obszarem roboczym. Obowiązujący od wielu lat standard w segmencie urządzeń desktopowych to 20 cm w osiach XYZ (+/- 3 cm). Jest to najbardziej optymalny obszar dla najpopularniejszych tworzyw sztucznych, gdyż pozwala na tworzenie dość zadowalających pod względem rozmiaru detali, a kwestia skurczu jest relatywnie łatwa do okiełznania (dotyczy to głównie materiałów w rodzaju PLA, PETG, HIPS – w mniejszym stopniu ABS lub nylonu). Wszystko tak naprawdę sprowadza się do kontroli temperatury otoczenia, w jakim powstaje drukowany model.

Aby zwiększyć kontrolę nad przepływem temperatur, producenci dążą to tego aby warunki wewnątrz komory roboczej były maksymalnie stabilne. W przypadku urządzeń o standardzie (lub ambicjach…) użytkowym / profesjonalnym / przemysłowym, producenci stosują zamykane komory robocze, które izolują detal od przeciągów i nagłych zmian temperatury otoczenia (np. poprzez włączenie klimatyzacji w pomieszczeniu lub uchylenia okna) oraz sprawiają, że wewnątrz komory jest po prostu ciepło, co ma pozytywny wpływ na wydruk. Nie rozwiązuje to problemu skurczu materiału, ale ma pozytywny wpływ. Więcej na temat kwestii zamykanych komór roboczych i niuansów z tym związanych napiszę w jednym z kolejnych artykułów z cyklu.

Co w przypadku urządzeń o otwartej konstrukcji? Okiełznanie skurczu jest dużo trudniejsze, a praca z niektórymi, specjalistycznymi i wymagającymi tworzywami może okazać się po prostu niemożliwa. I to wszystko dotyczy drukarek 3D o standardowych obszarach roboczych 20 x 20 x 20 cm (+/- 3 cm). Co w przypadku urządzeń o większym obszarze zadruku? Problemy się multiplikują…

WASP – słynny, włoski producent drukarek 3D o absurdalnie wielkich obszarach roboczych

Tak naprawdę wszystko jest w miarę przewidywalne do wymiaru 30 cm w osiach – powyżej tego poziomu wchodzimy na poziom ekspercki. WAŻNE! Mam tu na myśli produkcję pojedynczych detali o maksymalnych rozmiarach w wybranej osi (np. 30 x 15 x 10 cm), a nie produkcji dużej liczby mniejszych detali, rozłożonych na całej powierzchni stołu 30 x 30 cm lub 50 x 50 cm. Jeżeli dysponujemy urządzeniem o otwartej konstrukcji, drukowanie tak dużych detali z ABS nie ma większego sensu (chyba, że nie zależy nam dokładnie odwzorowanej geometrii, a pęknięcia sobie poszpachlujemy [SIC!]). W urządzeniach z zamkniętą komorą będzie to możliwe pod warunkiem, że będzie dodatkowo podgrzewana (vide kolejny artykuł na ten temat).

I tutaj pojawia się problem i tytułowy BŁĄD… Początkujący użytkownicy kupując wielkogabarytową drukarkę 3D zakładają, że będą mogli drukować na niej „ze wszystkiego„, tymczasem w praktyce okazuje się, że jedyne tworzywo z jakiego są w stanie osiągnąć jakikolwiek rozsądny rezultat to PLA. Jeżeli to wystarczy do ich aplikacji – to wystarczy. Jeśli jednak od samego początku plan zakładał produkcję dużych detali z ABS lub innych materiałów tej klasy, drukarka 3D okaże się bezużyteczna…

ZOBACZ: 5 rzeczy, od których zależy wybór typu drukarki 3D

Spotkaliśmy się już kilkakrotnie z historiami firm, które znalazły się w tego typu sytuacji. Przykładowo: do grupy firm produkujących lub dystrybuujących wielkoformatowe drukarki 3D rozesłane zostało zapytanie ofertowe z oczekiwaną specyfikacją techniczną urządzenia. Zawierało ono wszystkie najważniejsze parametry, na czele z oczekiwanymi materiałami, z jakich ma drukować (w tym ABS). Obszar roboczy wynosił (przykładowo) 40 x 40 x 40 cm. Zamówienie wygrała firma X, która dostarczyła drukarkę 3D spełniającą wszystkie wymogi technologiczne. Sęk w tym, że nie do końca…

ZAPAMIĘTAJ:

Kupując wielkogabarytową drukarkę 3D należy zawsze precyzyjnie określać jakiego gatunku filamentu zamierza się używać i jak duże mają być aplikacje. Sprzedawca powinien to oficjalnie gwarantować, a najlepiej równocześnie wydrukować model próbny (warto taki zlecić przed podjęciem decyzji o zakupie).

Tylko powyższa procedura zapewni skuteczność ewentualnych roszczeń reklamacyjnych w przyszłości.

Drukarka 3D drukowała modele z ABS, ale z uwagi na otwartą komorę roboczą w chwili gdy wydruki przekraczały wymiar kilkunastu centymetrów, odkształcały się one i pękały. Produkcja modeli z tego materiału, wykorzystujących pełny obszar pracy była fizycznie niemożliwa (tzn. modele dawało się wydrukować, ale nie spełniały one elementarnych założeń i oczekiwań jakościowych). Reklamacja w firmie X była także niemożliwa, ponieważ w specyfikacji nie było mowy o tym, że drukarka 3D ma drukować z ABS detale o maksymalnych gabarytach – miała je drukować w ogóle. Tym samym formalnie urządzenie było zgodne z zamówieniem – to że stoi bezużyteczne z punktu widzenia potrzeb klienta – to problem klienta…

Na koniec pragnę podkreślić, że w żaden sposób nie deprecjonuję wielkoformatowych drukarek 3D – są one jak najbardziej przydatne, potrzebne i z powodzeniem stosowane w przemyśle. Znamy wiele świetnych przykładów dużych i funkcjonalnych rzeczy powstałych z PLA. Koniec końców wszystko zależy od aplikacji – co chcemy wyprodukować, jakie będzie tego przeznaczenie i trwałość. Zakup urządzenia, które będzie je tworzyć powinien być zawsze maksymalnie świadomy.