Wpływ jakości filamentu na jakość otrzymywanych wydruków

2

Jakość filamentów wykorzystywanych w druku 3D w technologii FDM to temat rzeka, wielokrotnie podnoszony na łamach naszego serwisu. Zwykle jednak zamykał się w dość trywialnych stwierdzeniach w rodzaju „tani plastik jest zły, ponieważ ma słabą tolerancję wymiarową lub zanieczyszczenia i może zapychać głowicę„. Tymczasem kilka dni temu natrafiłem w sieci na dość ciekawe opracowanie, które podchodzi do tego zagadnienia w iście naukowy sposób. I choć powstało ono ponad trzy lata temu, wnioski z niego płynące są w dalszym ciągu jak najbardziej aktualne. To co decyduje o jakości otrzymywanych wydruków to specyfika drukarki 3D, z której korzystamy, lecz również materiał, z którego drukujemy. A przede wszystkim tolerancja dotycząca jego średnicy i owalności. Specjaliści z ProtoParadigm udowodnili to z matematyczną dokładnością…

Proces produkcji filamentu do drukarek 3D jest bardzo złożony i składa się z wielu etapów, co opisywałem kilka tygodni temu w oddzielnym artykule. Każdy etap ma swoją własną specyfikę i wymaga niezależnej uwagi. Jeżeli nie będzie pełnej kontroli nad temperaturą, chłodzeniem, prędkością ekstruzji, filament który jest produkowany będzie tracił na jakości. A jest ona determinowana przez utrzymanie jak najdokładniejszej średnicy ekstrudowanego filamentu oraz jego owalności. Dlaczego jest to tak ważne?

Proces druku 3D w technologii FDM sprowadza się w gruncie rzeczy do tego, że plastikowa żyłka materiału jest wprowadzana za pomocą tzw. extrudera do wnętrza głowicy drukującej, która pod wpływem wysokiej temperatury (180°C – 270°C w zależności od rodzaju drukowanego materiału) przekształca go w stan półpłynny, umożliwiający rozprowadzanie go po stole roboczym i tworzeniu pożądanego kształtu – warstwa po warstwie. Jednym z kluczowych czynników w tym procesie jest zapewnienie stałej i nieprzerwanej ekstruzji materiału do głowicy. Gdy będzie go zbyt mało – na wydruku zaczną pojawiać się dziury i przerwy, jeśli zbyt dużo – może to spowodować zapchanie się głowicy.

Dlatego tak ważne jest, aby ekstrudowany materiał miał stałą średnicę i owalność. Duże różnice w tych dwóch parametrach będą powodowały m.in. nierównomierne układanie się kolejnych warstw na wydruku.

Jakość filamentów a jakość wydruków 03

Aby drukowany obiekt wyglądał dobrze i miał odpowiednią wytrzymałość, drukarka 3D musi dokładnie wiedzieć ile filamentu będzie ektrudowane do głowicy w danym czasie. Określamy to w oprogramowaniu drukarki 3D za pomocą parametru o nazwie „Flow-Rate [mm/s]” (przepływ materiału w milimetrach na sekundę). W odniesieniu do prędkości z jaką głowica drukująca porusza się po stole roboczym drukarki 3D, możemy określić jak duży ma być przepływ materiału z extrudera do głowicy. Jeżeli średnica materiału będzie zmienna, nasze ustawienia będą niestety niewiele warte, ponieważ koniec końców do głowicy będzie trafiać go albo zbyt dużo, albo zbyt mało.

Jakość filamentów a jakość wydruków 02

Kolejnym problemem jest owalność filamentu. Jest on poruszany w extruderze za pomocą radełka, do którego filament jest dociskany. Jeżeli ma on idealnie owalny kształt – będzie ekstrudowany w pełni kontrolowany, płynny sposób do głowicy drukującej. W momencie gdy jego kształt się zmienia, może spowodować, iż zacznie się „ślizgać” na radełku i blokować w extruderze.

Jakość filamentów a jakość wydruków 04

Do tego dochodzą opisywane w licznych artykułach problemy z zanieczyszczeniem filamentu, które mogą spowodować, iż do głowicy drukującej dostaną się różne pyły stopniowo się w niej osadzające, co prędzej czy później doprowadzi do jej zapchania. Innym zagrożeniem są pęcherzyki powietrza powstałe na skutek błędów poczynionych podczas produkcji, które będą miały analogiczne konsekwencje, jak w przypadku różnic w średnicy filamentu.

Wszystkich zainteresowanych dokładniejszym zgłębieniem tego tematu zachęcam do lektury opracowania na stronie ProtoParadigm, gdzie pojawia się szereg wzorów matematycznych, udowadniających opisane powyżej zagadnienia.

Źródło: www.protoparadigm.com
Grafika: [1] [2] [3] [4]

Udostępnij.

O autorze

Paweł Ślusarczyk

Prezes zarządu CD3D Sp. z o.o. oraz Business Development Manager. Posiada 15-letnie doświadczenie w biznesie, zdobyte w branży IT, reklamowej i poligraficznej. Jeden z głównych animatorów polskiej branży druku 3D, związany z nią od stycznia 2013 roku.