Метод FGF как новый виток развития в экструзии полимеров

Трехмерная печать, также известная как создание ортопедических конструкций, с начала 1980-х годов использовалась в основном для производства прототипов. За последние пять лет использование трехмерной печати в оснастке и эксплуатационных изделиях значительно возросло. Это связано с повышением точности, повторяемости изделий и, что не менее важно, производственных затрат.

Отметим популярные методы 3D-печати для производства эксплуатационных изделий и инструментов.

-FFF (послойное нанесение пластиковой нити слой к слою). — Струя связующего (выборочное нанесение соединительных материалов). — Немедленное энергетическое осаждение (направленное осаждение материала).

Среди различных методов 3D-печати, FFF считается наиболее экономически оправданной технологией для печати оригинальных и готовых изделий различной сложности Принцип производства FFF предполагает использование нагретого сопла/фильтра с термопластичным материалом в виде стержней/нитей, которые продавливаются в расплав через фильтр 3D-печать: 3D-принтер наносит слой материала на матрас на платформе по заранее определенному маршруту. Там нити охлаждаются и застывают, образуя готовое изделие. Эта статья посвящена относительно новым методе альтернативных технологиях печати и FFF. Это. метод называется FGF/FPF (от слоя к слою). из полимерных гранул).

Метод FGF как новый виток развития в экструзии полимеров

Принцип работы метода FGF-печати

Необычное движение 3D FGF-принтеров такое же, как и у обычных FFF-принтеров, но вместо нитей расходными материалами являются полимерные гранулы. Для обработки гранул используются дополнительные устройства, такие как бункеры и болтовая экзо-физиология. В дополнение к системе мостового крана, болты экструдера могут быть интегрированы в робот, тем самым увеличивая свободу печатающих головок. Болт экструдера перемещает шарики от входного отверстия системы подачи к отверстию сопла. Непосредственно перед выдавливанием расплавленного пластика через сопло, расплавленный пластик находится под давлением мотора, который вращает болт. На рисунке 1 показана схема шнекового экструдера. Рисунок 1: Схема 3D принтера FGF с экструзионным шнеком

Мощность косточек

Гранулы являются основным сырьем для производства пряжи. Устранение одного из технологических этапов производства расходного материала снижает себестоимость продукта. Например, цена 1 кг зерна ПЭТ-Г составляет менее 1 000 руб. полимера Себестоимость составляет около 2 000 рублей.

Высокая долговечность печатной продукции

Одним из основных недостатков технологии FFF является низкая прочность на разрыв изделий, полученных вдоль печатного слоя. В среднем прочность на разрыв вдоль оси Z составляет одну треть от паспортных данных материала.Исследования прочности образцов, напечатанных на настольных 3D-принтерах, работающих по технологиям FFF и FGF, показывают, что механические свойства образцов, полученных методом FGF (гранулы и дробленые отходы), сопоставимы с механическими свойствами образцов, полученных методом FFF. сопоставимы с теми, что получены методом FFF. Промышленные машины с производительностью экструзии 2 кг/ч и выше производят продукты с однородными механическими свойствами по всем осям, сравнимыми с продуктами, полученными методом литья под давлением, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2: Отфрезерованный печатный образец FGF (пластик ABS-CF)

Широкий спектр расходных материалов и вторичная переработка

В методе FGF применяет широкий спектр материалов, включая промышленные пластмассы, в виде гранул. полимерами Для печати с высокой усадкой требуется термостатическая камера. Как правило, рабочий диапазон принтеров FGF составляет от 1 кубического метра. метра А такой объем воздуха трудно нагреть. На российском рынке представлено как минимум две модели FGF-принтеров с подогреваемыми камерами построения, но цена такого оборудования примерно в два раза выше, чем у систем без принудительного подогрева. Поэтому чаще всего используются полимеры тонко измельченное углеродное или стекловолокно, например, ABS, PA6, PP и даже PEI (полиэфиримид). или стабилизирующие составы на основе полимеров PET, PP и TPU с низкой усадкой и низкими экологическими требованиями, например, При печати больших изделий без использования термокамеры рекомендуются материалы с усадкой 0,65% или менее. В этом случае экструдер FGF может перерабатывать переработанный пластик из деталей, напечатанных в том же экструдере.

Существуют некоторые материалы, которые доступны только в виде гранул, но они очень хрупкие и просто не могут быть произведены в виде пряжи.

Высокая производительность.

Благодаря использованию сопел большего размера и давлению, оказываемому шнеком особой геометрии, скорость выхода материала увеличивается. Это позволяет сократить время печати по сравнению с экструдерами FGF без потери качества. Например, принтер FGF с таким же диаметром сопла, как и принтер FFF, как минимум в три раза производительнее.

Оборудование FGF можно разделить на категории в зависимости от выхода внеклассного занятия. Чем выше выход, тем больше кинетических измерений: выделены три основные категории (настольные, профессиональные и промышленные). Мы рекомендуем ознакомиться с ними в таблице 1.

Сочетание с другими методами производства

Фрезерные станки с ЧПУ и оборудование FGF кажутся на первый взгляд конкурентами. На самом деле это не так. эти методы Они могут работать параллельно: заготовки размером от 0,5 до 3 мм быстро печатаются на 3D-принтере, после чего деталь дорабатывается на фрезерном станке. Преимущество печатных деталей в том, что нет необходимости печатать монолитные инструменты. Возможность печати нефункциональных геометрий (рам) в виде сотовых структур означает, что принтер FGF может быть загружен до пяти обрабатывающих центров с эквивалентными камерами обработки.

На станке также можно комбинировать узлы для 3D-печати и фрезерования. Эти машины могут быть изготовлены в следующих конфигурациях: с двумя балками, первая с FGF-принтером, а вторая с 5-осевой обработкой (рис. 3) — крановый мост с вертикальной сменой балки и инструмента (рис. 4 Рис. 4 ) — роботизированный ад со сменой инструмента.

Рис. 3: Комбинированный узел на основе кранового моста и двух балок

Рис. 4: Комбинированный макет на основе кранового моста и балки

Ограничения метода FGF

Как и другие технологии 3D-печати, метод FGF имеет как преимущества, так и ограничения. Кинематика и подготовка G-кода винтового принтера схожа с нитевым устройством, поэтому при печати гранулами возникают схожие проблемы, такие как искажение, блокировка, пористость и субгапотизация. экструзия Преувеличение. Рассмотрим следующие ограничения и недостатки

Пористость.

Пористость определяется как зазоры и пузырьки внутри или снаружи печатного продукта. Эта проблема возникает из-за того, что в гранулах скапливается воздух или влага. Предварительное освобождение гранул или использование мелких гранул решает эту проблему. Например, пластик ABS 30 cf необходимо высушить при температуре 80°C в течение 4 часов, чтобы подготовить его к печати.

Для высокопроизводительных экструдеров (от 20 кг/ч) в конструкцию оборудования необходимо включить специальный цилиндр для сжатия/скручивания. При этом масса расплава выходит из сопла и завершает свойство. полимер .

Обструкция (окклюзия), недоэкстракция (недоэкстракция) экструзия Недоэкструзия и переэкструзия

Блокировка приводит к тому, что экструдер закрывается изнутри, препятствуя выходу расплавленного пластика через сопло. Это вызвано температурными градиентами. Правильный выбор параметров экструзии решит проблемы.

Примеры параметров печати для ламината ABS 30CF:.

— 1 зона (загрузка) 240-260 °C

— 2 зона 255-275 °C

— 3 зона (сопло) 260-280 °C

Поддержка.

Принтеры FGF обычно поддерживают печать с одной печатной подложкой. Это означает отсутствие легкоплавкого материала поддержки. Поэтому опорный материал может быть удален только механически, и принтер должен печатать с минимально возможным количеством опорного материала или предпочтительно без него.

Для больших объектов, где необходим поддерживающий материал, возможны следующие решения. Сначала напечатать поддерживающую конструкцию как отдельный объект, затем напечатать саму деталь, остановить печать на слое, где требуется поддержка, прикрепить ранее напечатанную поддержку и продолжить. Распечатка рисунка.

При проектировании деталей для моделирования методом FGF рекомендуется придерживаться следующих правил

1. при подготовке управляющей программы важно обеспечить непрерывное и равномерное движение экструдера и перекрытие линий материала. Используйте формулы для расчета высоты слоев, ширины линий и расстояния между укладками (рис. 5).

Рисунок 5.

2. избегайте наклона стен более 45° и печатайте без перекрытия (рис. 6).

Рисунок 6.

3. нарисуйте заливку на исходной модели. Не используйте стандартный шаблон среза (рис. 7) — рис. 7.

4. скруглите острые углы или разбейте их на большее количество шагов (рис. 8) — рис. 9. Учитывайте диаметр сопла угла. Минимальный радиус внутреннего угла = 50% диаметра сопла (рис. 8) — рис. 8.

5. избегайте переходов на холостой ход. Если холостой ход экструдера неизбежен, применяйте двухмодельную печать или используйте «башенную» структуру (рис. 9) — рис. 9.

Области применения метода FGF

Рассмотрим все ее особенности (и некоторые недостатки). метода FGF, применение может быть совершенно другим.

— Формы для литья композитов

— Инструментальные ящики для литья металлов

Детали для сборки больших машин

— Подготовка для заливки бетона

— Элементы корпуса автомобиля и кронштейны

— Мебель и декор для помещений и улицы

— Малые строительные формы

В заключение я хотел бы полимерных Рынок гранул открыл двери для гораздо большего количества производственных мощностей, включая широкий спектр вариантов материалов. Что касается рынка пряжи, то, несомненно, ассортимент быстро растет, но его нельзя сравнить с огромным ассортиментом и разнообразием термопластичных техник с использованием бисера.

В то же время стоимость бисера обычно в два-четыре раза ниже, чем стоимость пряжи из того же типа материала. Это связано с дополнительными этапами технологического процесса, необходимыми для производства пряжи. Это более выражено при использовании сильного и термоинтенсивного тепла, так как для обработки гранул пряжи требуется больше энергии и экологического контроля.

Использование технологии FGF является ключевым фактором снижения затрат и времени, производства инструментов, зазоров и эксплуатационных изделий, обладающих размерностью и износостойкостью.