F2Новости

Гибридные аддитивные технологии в производстве полимерных деталей

F2Pellet – шнековый экструдер, разработанный компанией F2 innovations, работающий по технологии построения методом расплавления гранул (FGF - Fused Granular Fabrication). На выходе экструдера образуется пруток, который с требуемой скоростью укладывается на платформу по заданной траектории.  По сути, процесс выращивания модели схож с классическим методом послойного наплавления (FDM/FFF), однако использование полимерных гранул вместо филаментной нити влечет за собой изменение целого ряда характеристик конечной детали, а также самого процесса экструзии.

Технологии FGF И FDM/FFF


Экструдеры типа FGF используют в качестве сырья полимерные гранулы, которые с одной стороны намного дешевле филамента для FDM/FFFпечати, но с другой стороны не уступают им в разнообразии и доступности. Для примера, один килограмм ABSв гранулах находится в ценовом диапазоне то 80 до 500 рублей, в то время как цена на килограмм того же ABSпластика в виде филамента начинается с 1200 рублей. Помимо ABSи других стандартных полимеров, таких, как PLA, HDPE, PE, PETG, шнековый экструдер может печатать инженерными, стекло- и угленаполненными пластиками: PP, PA, ABS+CF/GF, PC, позволяя подобрать оптимальный материал для деталей с различными требуемыми физико-механическими характеристиками, стойкостью к химическим воздействиям и другими свойствами. Более того, использование экструдером стандартных гранул в качестве материала открывает возможность печати вторсырьем в виде переработанного или повторно переработанного пластика, что отвечает современной экологической повестке.

Печать экструдером F2 Pellet

Уменьшение стоимости детали – не единственное преимущество технологии. Шнековый экструдер имеет высокую пропускную способность (до 3 кг/час для модели F2 Pellet), превышая производительность типовых FDM/FFFпринтеров более чем на порядок.
Разница очевидна: деталь весом один килограмм шнековый экструдер вырастит за 20 минут, а на печать филаментом уйдет до 30 часов. Это обусловлено как диаметром сопла экструдера, так и его значительно более высокой объемной производительностью. Традиционно, шнековые экструдеры для FGFпечати комплектуются соплами большего диаметра: от 1,5 мм до 10 мм, обеспечивая толщину слоя в 0,3 – 5 мм. Использование сопел таких диаметров неизбежно сказывается на точности построения конечной детали. Если при печати классическим методом FDM/FFF и правильных настройках печати достижимой является толщина слоя в 0.05-0.1 мм при ширине дорожки в 0.4 мм, то при печати шнековым экструдером данные параметры, а значит и шероховатость конечной детали значительно выше.

Тем не менее, для значительного числа применений, напечатанная деталь подвергается обязательной механической постобработке для достижения требуемых допусков на размеры и шероховатость поверхности. При этом совокупность высокой скорости и низкой стоимости изготовления для технологии FGFделает ее применение более выгодным, особенно для крупногабаритных деталей, время печати которых по классической технологии может составлять несколько недель. Полученные с помощью шнекового экструдера детали могут быть успешно обработаны при помощи классических механических процессов постобработки: фрезеровки, токарных работ, и т.д., что позволяет внедрить аддитивные технологии в существующую производственную цепочку предприятия.

Деталь, напечатанная на экструдере F2 c постобработкой (фрезеровка)

В течение долгого времени существовала довольно устойчивая парадигма, что возможности 3Dпечати ограничиваются печатью моделей, прототипов и конечных изделий. Сегодня широко развивается рынок печати заготовок под последующую постобработку, что позволяет уменьшить количество отходов по сравнению с традиционными методами производства деталей. Эта гибридная технология (печать + постобработка) может использоваться в таких областях как, например, деформация металлов (изготовление пуансонов и матриц для листогибочных станков). Такие пуансоны выдерживают 5-8 итераций гибки тонкостенного металла, что создает абсолютно новый сценарий изготовления деталей, из-за отсутствия необходимости заказывать дорогостоящий классический пуансон и несколько месяцев ждать его изготовления. Достаточно напечатать деталь за несколько часов, отфрезеровать ее и сразу использовать в технологическом процессе. Это намного сокращает время производства конечных деталей, особенно если задача заключается в проверке той или иной гипотезы или изготовлении мелкой партии. Аналогичным способом может быть произведена оснастка для выкладки материалов, например, угле- или стеклоткани, технологическая оснастка сложной формы для крепления деталей (в том числе вакуумного), матрицы, пуансоны и тд.

Шнековый экструдер может быть интегрирован как с порталом, так и с роботизированной ячейкой: например, роботом производства FANUC, KUKA, Kawasaki или российским роботом EidosRobotics. Разработанное компанией F2 аппаратно-программное обеспечение позволяет быстро и удобно создавать управляющие программы для роботизированной ячейки.
Интеграция экструдера F2 и робота FANUC

Использование роботов с различной максимальной досягаемостью, дополнительных поворотно-наклонных позиционеров и линейных осей, не только практически стирает границы области построения модели, но и решает задачу внедрения FGFсистем в существующие производства, с их запросами и задачами. Компания F2 изготавливает подогреваемые платформы печати по индивидуальным размерам, в зависимости от размера роботизированной ячейки или портала: прямоугольную, квадратную, или секторную (вокруг робота), что позволяет выбрать оптимальную область построения.

Для печати сложными инженерными полимерами и композитами роботизированная ячейка может быть дополнена еще одной разработкой компании F2 - опцией нагрева рабочего объема, включающей в себя нагреваемую камеру печати, систему принудительной конвекции теплого воздуха, систему защиты мехатронных компонентов роботизированной ячейки. Нагрев рабочего объема до температур 80-100 градусов Цельсия позволяет значительно уменьшить температурные деформации полимеров при печати различными видами пластиков, а для высокотехнологичных инженерных полимеров – обеспечить их успешную печать.

Кроме того, F2 Pellet оборудован технологией трехзонного нагрева экструдера, что обеспечивает равномерный прогрев материала, высокое качество смешивания, и оптимальные параметры выкладки материала, что влияет на итоговое качество получаемого изделия.