Крупномасштабная 3д печать вторичной гранулой

[rykachevskiy]

Коллеги, добрый день,

У меня запрос на подбор материала\присадок\наполнителя\режима работы для крупномасштабной 3д печати. Готов как тут услышать советы так и заказать консультацию у экспертов.

Подробно опишу проблему, текущий статус и то что мы хотим ниже

Мы занимаемся 3д печатью мебели из гранулы или флекса вторичного пластика, на сегодня в основном используем вторичную гранулу полистирола марки близкой к псм 151. В процессе печати края модели значительно задираются, предположительно из-за неравномерной усадки. Задача состоит в том, чтобы подобрать сырье, присадки и режим печати при котором края перестанут задираться.

Более подробно про режимы и поставленные эксперименты.
Установка:
Разработанный у нас 3д принтер на базе промышленного манипулятора. Экструдер L\D 25, 35мм с дополнительным смесителем в конце шнека под полистирол, 3 зоны нагрева, шнековая подача сырья. Время печати обычной модели от 1 до 6 часов.

Для наблюдения эффекта используем тестовую модель - крест 70см шириной.

С полистиролом базовый режим печати 180 градусов, толщина слоя 5мм, ширина слоя 8мм. Охлаждение естественное или обдув обычными вентиляторами.
Края модели при этом задираются на 6-8мм после остывания, при печати 6-ти слоев.
Пробовали базовые для 3д печати способы борьбы с отлипанием модели - печать юбки, подогрев нижних слоев, даже прикручивали модель к столу саморезами, не помогает.
Пробовали наполнять полистирол мелом 10% по весу, никакого эффекта. При добавлении 2-3% красителя на основе пс гранулы эффект усиливается.

Так же пробовали печатать смесью HDPE\PP. Такая идея появилась после наблюдения за зарубежными коллегами и чтения пары статей про значительное уменьшение усадки ПЕ при добавлении ПП.
Сами по себе оба материала обладают огромной усадкой, особенно при медленном охлаждении, но в смеси усадка значительно снижается. Лучший вариант пока 70% hdpe 30% pp. Но он пока значительно хуже чем полистирол.
Работа в этом направлении кажется перспективной, потому что точно есть успешные кейсы в европе и корее.
Режим печати либо аналогичный PS, либо с температурой 160С.

Запрос:
Подобрать пластик, наполнитель, присадки, режим печати чтобы убрать усадку совсем.
Единственное непоколебимое условие - использование вторичного сырья.

Прикладываю фото принтера, модельки на которой проводим измерения и примера печатного кресла.

[Maks42]

Пробовали повышать температуры до 220 С или понижать до 160 С?

[rykachevskiy]

Печатали на 190, эффект примерно тот же, только еще модель течет. 180 как будто минимум для этого полистирола.

Можем попробовать завтра, расскажу как получилось.
Если возможно - расскажите почему должно помочь?

[Maks42]

Я пока не понимаю причину коробления, поэтому первое, что приходит в голову, это поиграть температурами в максимально широком диапазоне.

[Kirilliq]

Проходит в голову
1. печатать в бане(камере с температурой градусов 40-60), чтобы напряжения успевали релаксировать:). В общем, надо замедлить остывание.
2. Может поможет заменить ПСМ на УПС, он помягче, а усадка примерно та же. Ну или АБС. Вторичка обоих должны быть на рынке.
3.Печатать на металлическую оправку, чтобы некуда было усаживаться. Например, чтобы стол по мере печати опускался и из него выезжали трубки.
ПыСы: выглядит классно. Сколько стоит? Есть скидки производителям полистирола ?

[Тигирь]

Причины коробления элементарны - расплав, а тем более нанесённый при атмосферном давлении, при застывании даёт усадку. Чем выше температура расплава, тем выше усадка. Чем ниже температура, тем усадка ниже, но и межслойная адгезия тоже ниже. Физически усадку можно снизить наполнителями. Но именно наполнителями. Т.е. крупными включениями с низкой площадью поверхности - от песка до волокон.
А вот при добавлении тонкоизмельчённых фракций может возникнуть эффект микромодификации, когда происходит уплотнение полимерной молекулы на границе раздела фаз. В таких случаях усадка наоборот увеличивается.
Насчёт модификации другими полимерами ничего не скажу, ибо не копенгаген

[KsunReh]

На мой скромный взгляд нужно сооружать "термокамеру" обязательно. Пример обычных 3d принтеров в этом плане очень показателен, когда идет речь о печати из АБС, ПЭТ и т.п. Хотя бы из подручных средств (стены из любого листового материала или гипсокартона + рулонная термоизоляция + пара бытовых наргевателей внутрь).

Вы говорите, что есть успешные кайсы в Европе, а их установку видели?

[rykachevskiy]

На мой скромный взгляд нужно сооружать "термокамеру" обязательно. Пример обычных 3d принтеров в этом плане очень показателен, когда идет речь о печати из АБС, ПЭТ и т.п. Хотя бы из подручных средств (стены из любого листового материала или гипсокартона + рулонная термоизоляция + пара бытовых наргевателей внутрь).

Вы говорите, что есть успешные кайсы в Европе, а их установку видели?

Для обычных принтеров камера нужна не всегда, много чем можно печатать в холодный стол.

Мы пробовали ставить вокруг модели загородку сантиметров 40 высотой, значительных изменений не зафиксировали.

У коллег из Европы открытый принтер. В целом, большие принтеры редко имеют подогрев камеры, максимум защита от сквозняков.

[KsunReh]

Для обычных принтеров камера нужна не всегда, много чем можно печатать в холодный стол.
Мы пробовали ставить вокруг модели загородку сантиметров 40 высотой, значительных изменений не зафиксировали.
У коллег из Европы открытый принтер. В целом, большие принтеры редко имеют подогрев камеры, максимум защита от сквозняков.

Речь идет не о горячем столе, а как раз о "защите от сквозняков". Как у вас с этим? Возможна ваша загородка просто не решала проблему сквозняков, предлагаю подойти более серьезно с нагревом всего объема воздуха внутри рабочего пространства, а не только "стола" (греть основание в ваших масштабах скорее даже НЕ нужно). А у коллег из Европы принтер мог стоять в помещении с хорошим климат-контролем.

[rykachevskiy]

Проходит в голову
1. печатать в бане(камере с температурой градусов 40-60), чтобы напряжения успевали релаксировать:). В общем, надо замедлить остывание.
2. Может поможет заменить ПСМ на УПС, он помягче, а усадка примерно та же. Ну или АБС. Вторичка обоих должны быть на рынке.
3.Печатать на металлическую оправку, чтобы некуда было усаживаться. Например, чтобы стол по мере печати опускался и из него выезжали трубки.
ПыСы: выглядит классно. Сколько стоит? Есть скидки производителям полистирола ?

1. Пробовали стенку вокруг модели + обдув строительными фенами первых слоев. Разницы не заметили, возможно надо аккуратнее делать. в целом теплую камеру не очень хочется, потому что с манипулятором сложно по конфигурации и скорость печати снизится
2. С той же усадкой как будто незачем менять. А более текучий вариант будет хуже, потому что модель тяжелая
3. Тут к сожалению без вариантов, изделия всегда разные)

Спасибо:) Кресло стоит 38к, скидки готов обсудить, особенно если полистрирол вторичка:)

[Maks42]

Поддерживаю замену вторички ПСМ на вторичку УПС или АБС, у них усадка немного меньше. Если нет такой возможности, то для снижения усадки можно попробовать добавить 10-20% SBC типа Styroflex.
Наполнитель уронит межслойную адгезию.

[Kirilliq]

1. Пробовали стенку вокруг модели + обдув строительными фенами первых слоев. Разницы не заметили, возможно надо аккуратнее делать. в целом теплую камеру не очень хочется, потому что с манипулятором сложно по конфигурации и скорость печати снизится
2. С той же усадкой как будто незачем менять. А более текучий вариант будет хуже, потому что модель тяжелая
3. Тут к сожалению без вариантов, изделия всегда разные)

Спасибо:) Кресло стоит 38к, скидки готов обсудить, особенно если полистрирол вторичка:)

1. Скорость печати и усадка в любом случае враги друг другу, т.к. чем выше скорость релаксации, тем выше усадка. Наверное любая мера с точки зрения режима экструзии будет снижать скорость.
2. Я вижу некоторый смысл в замене: небольшой процент каучука мало влияет на усадку, но заметно увеличивает эластичность, особенно при небольших деформациях, которые у вас есть. Есть эструзионные марки, отходы которых например образуются при вырубке после формовки, например упаковки для молочки. У них ПТР низкий. Есть вариант найти вырубку из БОПС по тем же причинам.
По изделиям - напишу в личку.

[ПластСтер]

На маленьком 3Д принтере печатали когда-нибудь? Там тоже присутствует такая проблема, и первое чем она решается, это уменьшение толщины слоя. Особенно первого слоя.
У Вас какой диаметр сопла? Здесь важно соблюсти пропорцию, вернее соотношение, диаметра сопла к толщине слоя. При 0.4 мм, толщина слоя МАХ 0.15 мм, а коренного слоя, 0.1 мм.
Ну это мысли вслух...
Для примера прикладываю фото одного и того же изделия, напечатанного на принтере, правда материал PLA, но у первого зазор м/у столом и соплом был 0.3, а на втором настроили, 0.1мм

IMG_0849.jpg (34.66 КБ) 5169 просмотров

IMG_0849.jpg (34.66 КБ) 5169 просмотров

[ПластСтер]

Первых почему то две фотки прилепилось..

[ПластСтер]

У коллег из Европы открытый принтер. В целом, большие принтеры редко имеют подогрев камеры, максимум защита от сквозняков.

Посмотрите у коллег европейцев какой шнек... Тут наверное основной вопрос зарыт.

[nozzio]

ха... прикольно выглядит
ну причину и физику процесса коробления вашей детали вы, надеюсь, представляете?
вы кладёте горячий стренг на холодный... и он есссстесвенно выгибается дугой в сторону горячего...
победить это можно, имхо, 4 способами:
1. заневоливание, т.е. изготовление кондуктора, этим "кондуктором" может быть и сам полимер и конструкция и технология... стоит только подумать... меняя направление "заливки"... возвращаясь по траетории при изготовлении детали, подогревая тем самым"холодные" места, создание каркаса с негативным температурным полем и т.д. и т.п.
2. термостатирование... ну типо охлаждаем верх, нагреваем низ... или всю камеру нагреваем... в общем самый бесперспективный метод... получите пятнистую температуру детали... плюс полимеризация это не только температура... результат не предсказуемый, но реальный...
3. редизайнинг детали... сделайте модель "кривой", чтобы в процессе остывания она "распрямлялась"... можно совместить с первым вариантом победите врага его же оружием, так сказать...
4. поставить два робота и изготавливать изделие с "противоположных" концов навстречу друг-другу...
и про добавки, менее усдочный материал и прочее - выхода нет... всё что нагрето имеет больший объём чем холодное... деталь не маленькая... не уйдёте вы от неравномерной усадки никуда... только "холодный" процесс поможет, но это пятый вариант... он за рамками моего монолога...
и да... я знаю о чем говорю, имея и постоянно совершенствуя некоторый опыт решения проблем подобных вашей... только в несколько бОльших и объемных деталях и конструкциях

[rykachevskiy]

На маленьком 3Д принтере печатали когда-нибудь? Там тоже присутствует такая проблема, и первое чем она решается, это уменьшение толщины слоя. Особенно первого слоя.
У Вас какой диаметр сопла? Здесь важно соблюсти пропорцию, вернее соотношение, диаметра сопла к толщине слоя. При 0.4 мм, толщина слоя МАХ 0.15 мм, а коренного слоя, 0.1 мм.
Ну это мысли вслух...
Для примера прикладываю фото одного и того же изделия, напечатанного на принтере, правда материал PLA, но у первого зазор м/у столом и соплом был 0.3, а на втором настроили, 0.1мм

На маленьком принтере не печатал, но читал(понимаю, что не одно и тоже).

Не уверен что на больших масштабах такие же законы, но идея интересная. У нас сейчас диаметр сопла сопоставим с толщиной слоя (6мм), а ширина получается раза в полтора больше. Попробуем поработать с этим на днях

[rykachevskiy]

У коллег из Европы открытый принтер. В целом, большие принтеры редко имеют подогрев камеры, максимум защита от сквозняков.

Посмотрите у коллег европейцев какой шнек... Тут наверное основной вопрос зарыт.

Такой возможности, к сожалению, нету.
В целом с очень разными шнеками люди делают, есть кажется даже ребята, у которых сверло по дереву вместо шнека. Качество принтов тоже вроде приемлемое.

Если не затруднит, не могли бы вы объяснить как шнек влияет на усадку при остывании?

[rykachevskiy]

ха... прикольно выглядит
ну причину и физику процесса коробления вашей детали вы, надеюсь, представляете?
вы кладёте горячий стренг на холодный... и он есссстесвенно выгибается дугой в сторону горячего...
победить это можно, имхо, 4 способами:
1. заневоливание, т.е. изготовление кондуктора, этим "кондуктором" может быть и сам полимер и конструкция и технология... стоит только подумать... меняя направление "заливки"... возвращаясь по траетории при изготовлении детали, подогревая тем самым"холодные" места, создание каркаса с негативным температурным полем и т.д. и т.п.
2. термостатирование... ну типо охлаждаем верх, нагреваем низ... или всю камеру нагреваем... в общем самый бесперспективный метод... получите пятнистую температуру детали... плюс полимеризация это не только температура... результат не предсказуемый, но реальный...
3. редизайнинг детали... сделайте модель "кривой", чтобы в процессе остывания она "распрямлялась"... можно совместить с первым вариантом победите врага его же оружием, так сказать...
4. поставить два робота и изготавливать изделие с "противоположных" концов навстречу друг-другу...
и про добавки, менее усдочный материал и прочее - выхода нет... всё что нагрето имеет больший объём чем холодное... деталь не маленькая... не уйдёте вы от неравномерной усадки никуда... только "холодный" процесс поможет, но это пятый вариант... он за рамками моего монолога...
и да... я знаю о чем говорю, имея и постоянно совершенствуя некоторый опыт решения проблем подобных вашей... только в несколько бОльших и объемных деталях и конструкциях

Кажется, что должно сгибаться в сторону от нагретого. У нас тоже так происходит просто профиль остывания сложнее.

1. боюсь заневоливание не поможет, усилия огромные при остывании. например слегкостью вырывает десяток саморезов из 2.5 см дсп.
2. будем пробовать в эту сторону
3. слои наносятся горизонтально один за другим, для такого способа нужен какой-то изогнутый нетривиальным образом стол. + если деталь отлипает в процессе нарушается толщина слоя, получается переэкструзия итд. можно конечно, это все регулировать на ходу, но похоже на рокетсайнс неоправданный
4. С вертикальными слоями, кстати, печатают, например американские ребята thermowood. Но там много отличий и тоже печать с одной стороны в стол

[ПластСтер]

На маленьком принтере не печатал, но читал(понимаю, что не одно и тоже).
Не уверен что на больших масштабах такие же законы, но идея интересная. У нас сейчас диаметр сопла сопоставим с толщиной слоя (6мм), а ширина получается раза в полтора больше. Попробуем поработать с этим на днях
[/quote]

В целом с очень разными шнеками люди делают, есть кажется даже ребята, у которых сверло по дереву вместо шнека. Качество принтов тоже вроде приемлемое.
Если не затруднит, не могли бы вы объяснить как шнек влияет на усадку при остывании?

Буду писать свои мысли отвечая сразу на два вопроса.
Законы физики, механики, термодинамики(и всего вообще) едины и не зависят от размеров того, к чему применяются. Вы посмотрите на толщину слоев у буржуев. Остудить пруток диаметром 6 мм это долго, а остудить полоску, шириной 10 мм, а толщиной 2-2.5 мм намного быстрее. Я не зря Вам приложил фотографии, одного и того же изделия, напечатанного при единых условиях, только с разницей в зазоре первого слоя. После выхода из экструдера, ваша колбаска должна расплющиваться и прижимаясь припаиваться к предыдущему слою, а у Вас, круглая колбаска, просто укладывается сверху и немного прилипает. И коробит у Вас не изделие, а КАЖДЫЙ слой!
От шнека тоже зависит много. Думаю если уменьшить диаметр сопла(Вашего) до 2.5 мм, но приплющивать слои, получите, то что желаете. Конечно будет потеря в скорости, но тут нудно выбирать и считать. Почитайте книги по экструзии погонажных изделий, там более научно все обосновано и есть расчёты.
И чуть не забыл: Обязательное принудительное НАПРАВЛЕННОЕ охлаждение изделия!

[cs-mb]

Спасибо:) Кресло стоит 38к, скидки готов обсудить, особенно если полистрирол вторичка:)

для гиков?

вам верно указали причины и способы борьбы.
еще вариант, правда не знаю как он применим к вашим реалиям: экструдировать с вспениванием.
вспенивание будет нивелировать ваш дефект, но могут проявиться другие