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)
Написать комментарий
Чтобы оставить комментарий, войдите или зарегистрируйтесь
Войти Регистрация