Praca z Objet 30 Prime - wprowadzenie do technologii PolyJet

W marcu i kwietniu br. publikowaliśmy na łamach Centrum Druku 3D cykl artykułów opisujących technologię MJP – druku 3D opartą o żywice fotopolimerowe utwardzane światłem UV produkcji 3D Systems, będące w ofercie Canon. Teraz przybliżmy Wam alternatywne rozwiązanie w postaci metody PolyJet opracowanej i rozwijanej przez izraelską firmę Objet, będącą częścią Stratasysa, której drukarki 3D są dystrybuowane w Polsce przez CadXpert.

W poniższym artykule skupimy się na modelu drukarki 3D Objet 30 Prime, o obszarze roboczym na poziomie 294 x 192 x 148.6 mm, wykorzystującą w pracy 13 różnych materiałów, w tym materiał podporowy oraz certyfikowany, biokompatybilny materiał medyczny.

Technologia PolyJet

Metoda przyrostowego tworzenia modeli przestrzennych przy pomocy selektywnego nakładania (natryskiwania) żywicy utwardzanej światłem UV, została opracowana pod koniec lat 90-tych ubiegłego wieku. Jej oryginalna nazwa to „Jetting Modeling” (modelowanie strumieniowe). Polega na nanoszeniu na stół roboczy warstw materiału budulcowego i podporowego, a następnie ich utwardzaniu pod wpływem lampy UV zintegrowanej z głowicą drukującą. Modele są budowane na stole poruszającym się w osi Z przez głowicę poruszającą się w osiach XY.

W 2000 r. izraelska firma Objet Geometries zaprezentowała pierwszą maszynę drukującą w technologii PolyJet o nazwie Quadra. W roku 2003 Stratasys nawiązał współpracę dystrybucyjną z Objetem na terenie Stanów Zjednoczonych, która trwała przez trzy lata. Sześć lat później, w kwietniu 2012 r, firmy połączyły się ze sobą. Z uwagi na to, że Stratasys był notowany na amerykańskiej giełdzie, uznano że to amerykańska marka będzie oficjalnie głównym podmiotem, chociaż tak naprawdę to Objet był inicjatorem całej transakcji. Od tamtego czasu Stratasys ma dwie oficjalne siedziby – w USA i w Izraelu.

Od tamtej pory, na rynek trafiło kilkadziesiąt modeli maszyn drukujących w technologii PolyJet, które ewoluowały w kierunku maszyn o charakterze przemysłowym. Najwyższymi modelami są drukarki 3D z serii Connex oraz Stratasys J750, zdolny tworzyć obiekty w pełnym kolorze z kilku różnych materiałów w jednym procesie drukowania.

Przygotowanie do pracy z drukarką 3D Objet 30 Prime

Objet 30 Prime jest jedną z najtańszych maszyn tego typu na rynku. Służy zarówno do szybkiego prototypowania bardzo precyzyjnych detali o skomplikowanych geometriach, jak również do tworzenia finalnych produktów, bądź ich elementów (np. obudów na sprzęt elektroniczny). Mimo relatywnie niewielkich rozmiarów, trudno kwalifikować ją jako urządzenie desktopowe – może jednak z powodzeniem pracować w warunkach biurowych.

Drukarka 3D drukuje detale z wykorzystaniem materiału budulcowego (o różnych właściwościach, imitujących najpopularniejsze tworzywa sztuczne jak np. polipropylen) oraz materiału podporowego. Ten drugi jest usuwany albo w specjalnej myjce, gdzie jest wypłukiwany strumieniem wody, albo wytapialny chemicznie. W przypadku myjki wodnej, musimy pamiętać o konieczności zapewnienia myjce odpowiednich warunków pracy (dostęp do bieżącej wody i kanalizacji). Materiał podporowy nie rozpuszcza się w wodzie i ma właściwości zbliżone do wosku.

Do pracy z urządzeniem potrzebne są dwa komputery – pierwszy znajduje się już w samej drukarce 3D, a obraz z niego jest wyświetlany na dedykowanym monitorze. Drugi komputer pełni rolę „serwera„, na którym przygotowywany jest model do druku 3D – może to być zwykły laptop, jak na zdjęciu powyżej. Do obsługi urządzenia wykorzystujemy oczywiście dedykowane oprogramowanie o nazwie Objet Studio.

W poniższej prezentacji wykorzystamy materiał budulcowy VeroBlack oraz podporowy Support 750. Aby rozpocząć pracę z urządzeniem musimy oczywiście załadować obydwa materiały do kieszeni drukarki 3D. Co istotne, ładujemy je w dwóch sztukach na każdy – dzięki temu maszyna ma zapewnioną ciągłość pracy. Żywicy jest na tyle dużo, że niemożliwym jest aby jej zabrakło – co więcej, oprogramowanie sterujące uniemożliwi rozpoczęcie pracy jeśli stwierdzi, że żywicy jest zbyt mało.

Oprócz czterech pojemników z żywicą w kieszeni Objeta 30 Prime znajduje się piąty, służący na odpadki żywicy, jakie powstają podczas czyszczenia głowic. Pojemnik musi być opróżniany, o czym również informuje nas oprogramowanie.

Po załadowaniu materiałów, aktualna ilość żywicy pokazywana jest w programie zarówno na monitorze komputera drukarki 3D jak i „serwera„.

Przygotowanie modeli do druku 3D

Pierwszym krokiem jest wczytanie modelu 3D do Objet Studio na „serwerze”. Wystarczy kliknąć przycisk insert i wybrać interesujący nas model w formacie .STL. Na stole roboczym można umieścić kilka lub kilkanaście tych samych lub różnych modeli.

Model jest pozycjonowany automatycznie, jednakże można go orientować ręcznie, podobnie jak skalować.

Aby to uczynić, należy zaznaczyć model i w zakładce „Model setting” zmienić jego właściwości, m.in. skalę (proporcjonalnie oraz nie proporcjonalnie), orientację oraz tryb budowania podpór. Podpory można generować w dwóch wersjach:

matte – materiał podporowy występuje na wszystkich ściankach modelu i wszystkie powierzchnie modelu są matowe
glossy – materiał podporowy występuje tylko tam gdzie jest konieczny, a powierzchnie, które nie mają styczności z podporami są błyszczące.

Do każdego modelu na stole roboczym możemy wybrać jeden z dwóch rodzajów budowania podpór. W opisywanym przypadku użyjemy podpór „glossy”.

Objet 30 Prime pozwala na wydruk o trzech wysokościach warstwy:

High Quality – 0,016 mm
High Speed – 0,028 mm
Draft – 0,036 mm.

My wykonamy wydruk na warstwie High Speed.

Po wybraniu jakości wydruku 3D do wyboru są trzy przyciski:

Placement – powoduje automatyczne ułożenie detali aby czas wydruku był jak najkrótszy
Validate – sprawdza poprawności pliku .STL, a jeżeli powierzchnie są niedomknięte, to wadliwy / uszkodzony element modelu zmienia kolor na pomarańczowy lub czerwony
Estimate – generuje symulację wydruku i zwraca zużycie materiału i czas druku 3D.

W tym przypadku jest to:

36 g materiału budulcowego
15 g materiału podporowego
5 godzin i 59 minut czasu druku 3D.

Po ustawieniu modelu można rozpocząć proces drukowania. Na „serwerze” klikamy przycisk „Build”, a na wbudowanym komputerze przechodzimy w tryb Online. Drukarka 3D włącza lampę UV, nagrzewa głowice i przechodzi do drukowania elementu.

Drukowanie 3D i postprocessing

Samo drukowanie na drukarce 3D Objet 30 Prime jest bezobsługowy. Głowica drukująca natryskuje selektywnie na stół kolejne warstwy materiału budulcowego i podporowego, naświetlając je UV i utwardzając. Po 6 godzinach pracy drukarka 3D zakończyła wydruk. Po podniesieniu pokrywy detal jest usuwany ze stołu roboczego tradycyjną szpachelką.