Acest articol explorează conceptul de „imprimare 3D rapidă” cu accent pe viteza imprimantei 3D bazate pe filament. Continuați să citiți pentru a înțelege cum diferiți factori precum hardul, materialele și softul pot afecta atât viteza, cât și calitatea imprimării.

Ce reprezintă „imprimarea 3D rapidă”?

Imprimarea 3D, sau fabricația aditivă (AM), poate fi mai rapidă decât alte procese de producție, în special pentru producția în loturi mici și prototipare sau chiar construcția de case. Cu toate acestea, este considerată și o metodă lentă, deoarece poate dura între jumătate de oră și mai multe zile pentru a imprima un obiect 3D.

Dar nu toate imprimantele 3D sunt la fel. Unele sunt capabile să depășească vitezele standard de imprimare. Acestea pot imprima 3D de două sau chiar trei ori mai rapid față de viteza imprimantelor 3D obișnuite. Acest lucru este ceea ce profesioniștii din industrie numesc „imprimare 3D rapidă”.

Prin urmare, deși inițial imprimarea 3D a fost folosită în principal pentru prototipuri, soluțiile mai rapide sunt acum considerate opțiuni viabile și pentru producția reală.

În acest ghid, vom trece în revistă diferitele elemente care pot contribui la o creștere semnificativă a vitezei. Ne vom concentra asupra imprimării 3D rapide în categoria Fabricației prin Filament Fuzibil.

O scurtă privire asupra imprimării 3D cu filament (FFF)

Fabricația prin Filament Fuzibil (FFF), numită și simplu „extrudare de material”, este una dintre cele mai comune forme de imprimare 3D. În comparație cu alte tehnologii precum imprimarea 3D cu rășini sau imprimarea 3D pe bază de pulbere, nu este întotdeauna cea mai rapidă formă de imprimare 3D.

Cu toate acestea, este încă foarte folosită. FFF este accesibilă și versatilă, iar hardul și softul sunt ușor de configurat și utilizat. Odată ce setările sunt în regulă, apăsați pur și simplu „imprimare” și luați modelele de pe patul de imprimare după câteva ore sau zile, în funcție de dimensiune. Prelucrarea post-imprimare este opțională, în contrast cu imprimarea 3D cu rășini (de exemplu, spălarea și întărirea) sau imprimarea cu pulbere (de exemplu, îndepărtarea pulberii cu un jet de nisip, reciclarea pulberii).

În plus, cu excepția cazului în care utilizați un număr mare de imprimante sau materiale complexe, imprimantele 3D FFF nu necesită un mediu controlat în mod riguros. Atâta timp cât este la temperatura camerei și cu o umiditate relativă rezonabilă, o imprimantă 3D cu filament poate funcționa practic oriunde.

Dacă privim în ansamblu și comparăm imprimarea 3D cu filament cu metodele tradiționale de fabricație, are și ea avantajele sale. Pentru producția de volume mici sau medii de piese din plastic, FFF este adesea mai rentabilă decât injecția cu matrițe, de exemplu.

Când vine vorba de prototipare rapidă, imprimarea 3D cu filament poate fi mai rapidă decât realizarea manuală a modelelor sau externalizarea producției de prototipuri către o fabrică. De asemenea, generează mult mai puține deșeuri decât metodele substractive precum frezarea CNC.

Cu o imprimantă 3D în biroul dvs., puteți imprima cu ușurință diferite iterații de design în câteva ore sau zile. Dacă sunteți echipat cu mai multe imprimante 3D, puteți produce zeci sau sute de piese pe zi.

Pe scurt, imprimarea 3D prin Filament Fuzibil (FFF) este o soluție de fabricație accesibilă, flexibilă și scalabilă.

Cum funcționează imprimarea 3D prin Filament Fuzibil (FFF) și cât de rapidă este?

Fabricația prin Filament Fuzibil funcționează prin topirea și extrudarea unui fir de filament de plastic printr-o duză încălzită. Duza necesită timp să se încălzească la diferite temperaturi în funcție de tipul de termoplastic. Unele pot fi topite la 180°C, în timp ce altele necesită temperaturi de peste 400°C.

Odată ce este la temperatura potrivită, capul de imprimare se deplasează de-a lungul și de-a latul patului de impimare pentru a depune fiecare strat succesiv. În unele configurații, patul de impimare se deplasează înainte și înapoi și/sau în sus și în jos.

O reprezentare grafică a capului de imprimare FFF și a diferitelor sale elemente. Sursa: Raise3D

„Viteza de imprimare” în FFF se referă în general la cât de rapid se deplasează capul de imprimare în timp ce depune material. Este adesea măsurată în milimetri pe secundă, referindu-se la depunerea liniilor orizontale. Majoritatea imprimantelor 3D profesionale de birou vor imprima la aproximativ 50 până la 80 mm/s.

Viteza generală în imprimarea 3D FFF poate depinde de o gamă largă de factori, cum ar fi rezoluția modelului (adică nivelul de detaliu), densitatea de umplere și multe altele.

Toate aceste setări trebuie adaptate diferitelor materiale și chiar modelului 3D pe care îl imprimați. Nu este posibil să imprimați fiecare material sau model la aceeași viteză.

În concluzie, împingerea funcționării unei imprimante 3D la specificațiile sale maxime nu va garanta în niciun fel un rezultat satisfăcător.

Factori care influențează viteza de imprimare 3D în FFF

Imprimarea 3D poate fi o combinație complexă de setări, dificilă de stăpânit. Lăsând deoparte aceste setări specifice pentru moment, să explorăm cele trei domenii principale care vă pot duce de la o imprimare 3D obișnuită la una rapidă:

Hard

Materiale

Soft

Considerații despre hard în imprimarea 3D rapidă

Cu cât imprimați mai rapid, cu atât puneți mai multă presiune asupra imprimantei 3D. Prin urmare, la fel ca orice mașină, o imprimantă 3D are nevoie de componente și șasiu adecvate pentru a rezista la viteze mari.

Capul de imprimare sau hotend al imprimantei trebuie să poată furniza materialul mai rapid. Acest lucru înseamnă capacitatea de a încălzi materialul mai rapid și menținerea unei temperaturi constante și fiabile.

În plus, multe termoplastice trebuie să fie imprimate într-un mediu încălzit. Pentru astfel de materiale, o incintă încălzită este crucială pentru a evita deformările pieselor. Diferitele componente din interiorul imprimantei trebuie să rămână stabile în această căldură – nu doar pentru o singură imprimare, ci pentru sute sau mii.

De la motoarele pas-cu-pas, roțile de extrudare și electronică până la lucruri simple precum șuruburi și curele, veți avea nevoie de componente hard robuste și durabile.

Considerații privind materialele pentru imprimante 3D rapide

Unul dintre motivele pentru care imprimarea 3D FFF este atât de răspândită este că funcționează cu o gamă largă de materiale. Plastic, ceramică, metale (și chiar celule stem) – aproape orice poate fi imprimat în 3D.

Cu toate acestea, fiecare material necesită condiții specifice de imprimare. Chiar și trecerea de la un brand de PLA la altul, de exemplu, poate necesita schimbări subtile ale setărilor de imprimare.

Atunci când luați în considerare diferite tipuri de plastice, cum ar fi Nylon, ABS, policarbonat și multe altele, ajustarea setărilor devine mai complexă.

Fiecare material are limitări inerente și proprietăți fizice și mecanice unice. Aceste proprietăți, cum ar fi rezistența la tracțiune, pot fi afectate de condițiile de imprimare.

Prin imprimarea unui material prea rapid, straturile nu vor avea suficient timp să se răcească înainte de cele următoare. Acest lucru înseamnă o rezistență slabă a legăturii între straturi, traducându-se în piese mai slabe.

Un alt risc este legat de „fluiditatea” materialului, în special pentru materialele armate cu fibră, cum ar fi Nylonul armat cu fibră de carbon. Fibrele care întăresc materialul sunt exact ceea ce îl face mai dificil de imprimat; sunt abrazive și pot deteriora sau bloca duza.

Prin urmare, în timp ce deținerea unui hard robust este importantă, este, de asemenea, esențial să utilizați materiale compatibile cu viteza.

Considerații despre soft pentru a crește viteza de imprimare 3D

Hardul robust și materialele adaptate au un impact asupra capacității de a imprima 3D rapid. Cu toate acestea, pentru a le îmbina și asigura o calitate constantă a imprimării, aveți nevoie de softul potrivit.

Unul dintre elementele cele mai importante în acest sens este anticiparea mișcărilor capului de imprimare.

Când capul de imprimare se mișcă, poate avea un anumit „recul”. Cu cât accelerează mai rapid, cu atât mai mare este acest „recul”. Aceste accelerații repetate – în special pe geometrii complexe (față de linii lungi și drepte) – determină mecanica imprimantei 3D să vibreze.

Acest lucru duce la numeroase imperfecțiuni de imprimare, afectând nu doar aspectul modelului imprimat, ci și integritatea sa structurală.

Exemplul de mai jos ilustrează acest efect de „vibrație”:

Un exemplu de „ringing” pe mai multe imprimări.

Prin urmare, chiar și cu hardul și materialele potrivite, este probabil să nu obțineți o calitate bună a imprimării fără un soft care poate anticipa mișcarea rapidă a capului de imprimare.

Raise3D a dezvoltat o soluție rapidă de imprimare 3D numită Hyper FFF. Această tehnologie nu doar „spune” imprimantei 3D să meargă mai repede – pentru că asta este destul de ușor de făcut.

Hyper FFF înseamnă atingerea celei mai mari viteze posibile, asigurând în același timp imprimări de cea mai înaltă calitate. Cu alte cuvinte, atinge echilibrul ideal între viteză și calitate:

Soluția Hyper FFF de la Raise3D implică următoarele elemente cheie:

Un calibrator automat și un algoritm de anulare a vibrațiilor pentru a anticipa și compensa vibrațiile.

Materiale special dezvoltate, compatibile cu viteze mari de imprimare.

Un soft inteligent care ajustează viteza imprimantei în funcție de geometria piesei.

Datorită acestei combinații, este posibil să realizați imprimări 3D cu până la 400% mai rapide menținând aceeași calitate. Soluțiile profesionale de birou, cum ar fi seria Pro3, ating 350mm/s, iar imprimanta 3D industrială RMF500 de la Raise3D atinge 500mm/s.

Notă: Tehnic, seria Pro3 poate atinge, de asemenea, 500mm/s fără probleme. Cu toate acestea, calitatea la acea viteză nu este garantată la fel ca în cazul RMF500.

Echilibrarea vitezei și calității în timpul imprimării rapide 3D

Calibratorul automat și algoritmul de anulare a vibrațiilor se bazează pe conceptul original Klipper de „compensare a rezonanței”. Acestea sunt cheia pentru imprimarea 3D rapidă fără a compromite calitatea.

După cum am văzut în secțiunea anterioară, atunci când un cap de imprimare accelerează, provoacă vibrații. Ideea din spatele tehnicii Klipper este că, măsurând aceste vibrații, putem ști exact cum să le contracarăm cu mișcări inverse (mai mult sau mai puțin).

Cum funcționează? Calibratorul automat de la Raise3D este un modul echipat cu accelerometru, care se adaugă temporar la imprimanta dvs. din seria Pro3. În esență, creează mii de vibrații la o viteză și intensitate în creștere, iar softul IdeaMaker înregistrează aceste vibrații. Softul este apoi capabil să utilizeze algoritmul său de anulare a vibrațiilor în imprimările viitoare.

Acum, trecem la următoarea întrebare interesantă: cât de repede puteți imprima 3D cu tehnologia Hyper FFF?

Imprimantele 3D desktop standard pot atinge o viteză maximă medie – menținând o calitate de imprimare constantă – de aproximativ 100mm/s. Cu tehnologia Hyper FFF, este în prezent posibil să imprimați cu până la 400% mai rapid cu aceeași fiabilitate și calitate.

Raise3D descompune viteza în niveluri, după cum puteți vedea mai jos:

Privire de ansamblu asupra diferitelor niveluri de viteză pe care le puteți obține cu Hyper FFF. Sursa: Raise3D

Soluțiile de birou precum seria Pro3 pot atinge viteza LV2 (350mm/s), iar soluțiile industriale precum RMF500 pot atinge viteza LV3 (500mm/s).

Pentru a atinge viteza Hyper FFF, este esențial să utilizați materialele potrivite.

Vedeți recenzia Aniwaa, „Dublați imprimările în jumătate de timp?”, pentru a descoperi mai multe imprimări și perspective Hyper FFF.

Materiale compatibile cu imprimarea 3D rapidă

Echipa de cercetare a Raise3D a dezvoltat două linii principale de filamente pentru a ține pasul cu vitezele Hyper FFF:

Linia Hyper Speed

Linia Hyper Core

Aceste filamente acoperă o varietate de termoplastice în creștere, de la PLA la ABS și materiale armate cu fibră.

Datorită formulărilor speciale, acestea pot fi topite, extrudate și răcite mai rapid, fără a sacrifica precizia dimensională, calitatea suprafeței sau calitatea aderenței dintre straturi.

Linia Hyper Speed: PLA, ABS și altele

Echipa de cercetare Raise3D a dezvoltat formulări unice ale termoplasticelor PLA și ABS care le fac compatibile cu imprimarea 3D rapidă. Hyper Speed PLA și Hyper Speed ABS prezintă o greutate moleculară și o fluiditate optimizate pentru:

  • topire și răcire mai rapide
  • excelentă aderență între straturi
  • rezistență optimă pe axa Z

Aceste formulări Hyper Speed permit, de asemenea, suprafețelor imprimate să fie la fel de netede și detaliate ca în cazul filamentelor normale la viteză normală.

Raise3D va continua să lanseze în mod regulat materiale suplimentare (cum ar fi PETG, PC, ASA și altele).

Linia Hyper Core: filamente cu fibră de sticlă (GF) și fibră de carbon (CF)

Pentru aplicații industriale și utilizare finală, Raise3D dezvoltă termoplastice compatibile care sunt armate cu fibre precum fibră de sticlă (GF) sau fibră de carbon (CF).

Provocarea în ce privește filamentele armate cu fibră este abrazivitatea lor. Au tendința de a deteriora duzele imprimantei și de a le bloca cu ușurință. Echipa de cercetare și dezvoltare a Raise3D a găsit o soluție ingenioasă la această problemă, creând două straturi sau „nuclee” de material cu distribuții diferite ale fibrelor.

Nucleul interior al filamentului prezintă o densitate mare de fibre și este învelit într-un nucleu exterior subțire cu mai puține fibre. Astfel, materialul este mai ușor de imprimat la exterior, oferind în același timp proprietăți unice ale materialului la interior și cu mult mai puține deteriorări ale duzei.

Notă: Aceste filamente Hyper Core sunt încă în proces de testare și ajustare amănunțită.

Profile de materiale în ideaMaker

Am menționat anterior că fiecare material necesită temperaturi de imprimare și setări unice. Toate materialele Raise3D vin cu „profile de materiale” presetate, permițându-vă să imprimați 3D fără a căuta punctul optim.

Temperatura duzei și a patului de imprimare, viteza, înălțimea stratului – totul este pregătit pentru a începe. ideaMaker vă oferă zeci de profile de materiale Raise3D și de la terți.

Dimensiunea și geometria pieselor 3D

Toate elementele de mai sus joacă un rol major în viteza imprimantei 3D. Cu toate acestea, rămâne un factor important: modelul 3D în sine.

Cu cât este mai complex, cu atât este mai mare compromisul între viteză și calitate. Aici intervine din nou ideaMaker cu algoritmi inteligenți.

Fiecare secțiune a imprimării trebuie să fie realizată la o viteză diferită pentru a garanta calitatea sa.

Viteze de imprimare diferite pentru geometrii diferite. Sursa: Raise3D

În imaginea de mai sus, puteți observa că peretele exterior (o curbă relativ simplă) poate fi imprimat 3D la aproximativ 270mm/s. Secțiunile mai complexe, precum cele două găuri mici, trebuie să fie imprimate 3D la o viteză mai mică, de 60-90mm/s.

Mai jos este o altă ilustrație a acestui concept:

Viteze de nivel 0 și nivel 2 pentru aceeași cale de extrudare. Sursa: Raise3D

Acest lucru asigură că detaliile ascuțite sunt imprimate 3D corect, în timp ce restul piesei este imprimat la o viteză mare.

Alte setări de imprimare și cum influențează viteza

Mai multe setări pot influența viteza unei imprimante 3D FFF. Două dintre principalele setări sunt înălțimea stratului și densitatea de umplere (infill).

Înălțimea stratului

Înainte de imprimarea 3D, modelul dvs. este tăiat în sute sau mii de straturi subțiri. Cu cât aceste straturi sunt mai subțiri, cu atât modelul va apărea mai detaliat și mai neted, și cu atât vor fi mai multe straturi. În mod inerent, mai multe straturi (mai subțiri) înseamnă timp de imprimare mai lung.

Densitatea de umplere (infill)

Densitatea de umplere este cantitatea de material folosită pentru a umple interiorul unui model 3D. Cu cât modelul este mai dens, cu atât va fi mai rezistent.

Un model mai dens se traduce într-un consum mai mare de material și mai mult timp pentru a imprima această cantitate suplimentară de material.

Ce înseamnă aceasta pentru rentabilitatea investiției și productivitate

Obținerea imprimării 3D rapide menținând în același timp calitatea de imprimare de nivel profesional și de producție este posibilă. Și se reduce la o combinație inteligentă de hard, soft și materiale potrivite, adaptate la forma modelului 3D.

Cu Hyper FFF, puteți atinge viteze care sunt în medie de 3,8 ori mai mari decât opțiunile standard de imprimare 3D profesionale de pe piață. Dar viteza de imprimare 3D nu este singura parte rapidă a Hyper FFF. Atingerea rentabilității investiției este, de asemenea, rapidă.

Creșterea productivității pe care o generează o astfel de imprimare 3D de mare viteză recuperează investiția în săptămâni, fără a mai menționa beneficiile reducerii întârzierilor și a timpului de la produs la punerea pe piață.

Și pentru aplicații precum confecționarea sculelor sau a angrenajelor de fixare, imprimarea 3D rapidă oferă un avantaj semnificativ față de metodele tradiționale precum frezarea CNC sau turnarea prin injecție. Acestea din urmă presupune confecționarea scumpă a sculelor – în special când se iau în considerare iterațiile și corecțiile de design – și trebuie produse sute sau chiar mii de piese pentru a recupera investiția inițială. Astăzi, în loc să fie folosită în principal pentru prototipare rapidă, imprimarea 3D FFF se consolidează ca o alternativă viabilă pentru producție.

Cum să începeți imprimarea 3D mai rapid cu Raise3D

Imprimarea 3D la viteză mare este ușoară cu soluțiile plug-and-play de la Raise3D. Există mai multe opțiuni disponibile.

  • Dețineți deja o imprimantă Raise3D Pro3 Series? Achiziționați un Kit de actualizare Hyper Speed și îmbunătățiți-vă productivitatea într-un timp scurt.
  • Dețineți o imprimantă Raise3D Pro2 Series? Este disponibilă o actualizare de hard și firmware (disponibilă în curând pentru E2 și E2CF).
  • Sunteți interesați să imprimați piese industriale mari? RMF500 oferă cea mai mare viteză și poate imprima cu până la 500mm/s.

Pentru mai multe informații, contactați echipa Raise3D sau explorați mai multe resurse Hyper FFF.

 

Întrebări frecvente despre imprimarea 3D rapidă

Care este viteza maximă la care poate imprima o imprimantă 3D?

Acest lucru depinde de tipul de imprimantă 3D. Fiecare tehnologie are viteze și factori diferiți de luat în considerare. Imprimantele 3D de birou cu tehnologia Hyper FFF pot atinge peste 350mm/s, în funcție de materialul ales și de geometria piesei.

Care este cea mai mare viteză pentru imprimarea 3D FFF?

Cu tehnologia Hyper FFF, este posibilă imprimarea 3D la viteze de până la 500mm/s pe soluții industriale precum Raise3D RMF500. Soluțiile de birou precum seria Pro3 pot imprima 3D cu până la 350mm/s.

Există o modalitate de a accelera imprimarea 3D?

Pentru o creștere semnificativă a vitezei la imprimarea 3D bazată pe extrudare, aveți nevoie de un hard robust, algoritmi avansați și materiale special formulate care să poată gestiona viteza menținând în același timp o calitate constantă.