В России изучают проблемы пористости при 3D-печати

Исследователи из Российской академии наук нашли способы улучшить трехмерную печать. Результаты исследований были опубликованы в статье «Улучшение качества 3D-печатных объектов путем устранения микроскопических структурных дефектов при моделировании». 

Недостатки FDM технологии

Проблемы с пористостью 3D-напечатанных объектов являются причиной многих дефектов в FDM технологии. Из-за этого существенно ограничиваются возможности применения данного метода в прототипировании и других производственных процессах.

При оценке FDM 3D-печати в исследовательской группе использовались такие материалы, как PLA, ABS, PETG, PP, нейлон (полиамид) и углеродный нейлон. Исследованию подлежали следующие характеристики:

• скорость подачи нити;
• геометрия слоя;
• структура стенок объекта, определяемая G-кодом.

По мере того, как оптимизировалась скорость подачи и структура, исследователи смогли значительно улучшить качество 3D-печати. Научные сотрудники использовали принтер Picaso 250 Designer Pro (PICASO 3D) с диаметром сопла 0,3 мм. В процессе исследования создавались такие объекты: цилиндры, конусы, сферы, пирамиды и кубы.

Что выяснили российские ученые? Оказалось, что в стандартных условиях цилиндрические объекты имели минимальное количество пор и лучшее качество 3D-печати. Конические объекты имели более крупные поры, равномерно распределенные по поверхности. Для сферической формы наибольшее количество пор наблюдалось в области полюсов, лежащих на оси, перпендикулярной плоскостям слоев (экваториальная область сохраняла непроницаемость).

От чего зависит пористость?

Исследователи смогли наглядно продемонстрировать, что на проницаемость в значительной степени влияют следующие условия:

• экструзионный множитель;
• толщина стенки изделия;
• внутреннее наполнение объекта;
• температура;
• материалы печати;
• форма напечатанного изделия.

Сочетание цилиндрических и конических форм в одном объекте привело к равномерному распределению небольшого количества пор в стенке цилиндрической части и значительно большему числу пор в конической части. В плоскопечатанных изделиях (например, гексагональной пирамиде и кубе) наиболее пористые области были обнаружены по краям, то есть вблизи стыков между гранями. 

Наблюдаемая зависимость пористости от геометрической формы или ее удельной площади объясняется соответствующими различиями в режиме позиционирования слоев. В кубических и цилиндрических продуктах слои расположены ровно один над другим, поэтому межслойный контакт наиболее эффективен. В конических изделиях слои располагаются с определенным смещением (поэтапно), что делает межслойный контакт менее эффективным. Также было определено, что «ребра и вершины» имеют больше дефектов, чем другие формы в экспериментах.

Среди форм с гладкими контурами наиболее уязвимы конические и сферические элементы с неправильной кривизной. А вот плоские и цилиндрические поверхности наиболее устойчивы к образованию пор.

Таким образом, чтобы минимизировать пористость, правильное заполнение внутреннего пространства должно контролироваться дополнительно путем проверки G-кода (предложенного программным обеспечением slicer). Чем однороднее промежуточный слой стенки изделия, тем более непроницаемой она будет (так как все швы будут надежно изолированы друг от друга).

Комментарии (0)