MODUL 1 · OSNOVE 3D ISPISA
Nastavna jedinica 1.8
Tehnologija taložnog srašćivanja — FDM
Kod taložnog srašćivanja sve se svodi na jedno mjesto veličine nekoliko milimetara: prostor u kojem se filament tali, istiskuje i lijepi na već ohlađeni sloj ispod sebe. Što se ondje događa određuje čvrstoću, izgled i mjere gotovog predmeta.
- opisati put filamenta od koluta do nanesenog sloja
- objasniti kako nastaje veza između susjednih linija i između slojeva
- obrazložiti utjecaj temperature mlaznice na čvrstoću i izgled
- objasniti odnos brzine gibanja, širine linije i protoka materijala
- izračunati volumni protok kroz mlaznicu za zadane postavke
Put filamenta kroz uređaj
Filament je žica termoplastičnog materijala namotana na kolut. Kod printera P-1 promjer joj je 1,75 mm. Pogonski kotačić ekstrudera stišće žicu i gura je u grijač, gdje se materijal zagrijava iznad temperature mekšanja. Neposredno iznad grijača nalazi se hladno grlo koje sprječava da se taljenje proširi previsoko; ono je presudno jer bi omekšana žica u širem prostoru počela izvijati i zaglavila bi se.
Iz grijača materijal izlazi kroz mlaznicu promjera 0,4 mm. Budući da je ulazni presjek žice znatno veći od izlaznog, materijal se u mlaznici ubrzava: pomak žice od jednog milimetra daje znatno dulju nanesenu liniju. Upravo taj odnos slicer koristi da iz tražene količine materijala izračuna koliko filamenta treba uvući.
Nanesena linija nije okruglog nego pljosnatog presjeka. Mlaznica se giba na visini jednakoj visini sloja iznad prethodnog sloja, pa materijal koji izlazi biva pritisnut i razvučen u traku. Ta traka ima širinu veću od promjera mlaznice, tipično od 0,42 do 0,48 mm za mlaznicu od 0,4 mm.
Kako nastaje veza
Vruća traka materijala dodiruje već ohlađeni sloj ispod sebe i susjednu liniju pokraj sebe. Na dodiru dolazi do lokalnog zagrijavanja i međusobnog prodiranja molekula, pa nastaje zavareni spoj. Koliko će taj spoj biti čvrst ovisi o tome koliko dugo je dodirna ploha ostala dovoljno topla i koliko je velika. Otuda i tri poluge kojima se čvrstoća namješta: temperatura, brzina i hlađenje.
Između susjednih linija i slojeva uvijek ostaju sitne šupljine, jer se pljosnate trake ne mogu potpuno ispuniti. Zbog njih je ispisani predmet lakši od punog komada istog materijala i zbog njih nije nepropusan. Povećanjem protoka i temperature šupljine se smanjuju, ali raste opasnost od pretiskivanja i gubitka detalja.
Zapamtite
Čvrstoća FDM predmeta ne dolazi od materijala nego od kvalitete zavarenog spoja između linija i slojeva. Isti filament može dati predmet koji se lomi rukom i predmet koji se ne da slomiti, ovisno o postavkama.
Temperatura
Temperatura mlaznice određuje koliko je materijal tekuć pri istiskivanju. Preniska temperatura daje slab spoj: linije se vide kao odvojene, predmet se raslojava, a ekstruder preskakuje jer je otpor prevelik. Previsoka temperatura daje sjajnu, ali razlivenu površinu, nitice između odvojenih dijelova, zaobljene bridove i, kod nekih materijala, mjehuriće od razgradnje.
Za PLA je uobičajeno područje od 195 do 220 °C; u primjeru ovog područja koristi se 210 °C. Temperatura podloge drži prvi sloj toplim dok se predmet gradi, čime se smanjuje skupljanje i savijanje rubova. Za PLA je dovoljno 60 °C, dok materijali koji se jače skupljaju traže i 100 °C i više; podloga printera P-1 grije se do 110 °C.
| Pojava na ispisu | Vjerojatan uzrok | Smjer zahvata |
|---|---|---|
| Slojevi se lako razdvajaju | preniska temperatura ili prejako hlađenje | podići temperaturu, smanjiti hlađenje |
| Nitice između dijelova | previsoka temperatura ili slabo uvlačenje | sniziti temperaturu, provjeriti uvlačenje |
| Rubovi se odižu s podloge | skupljanje i prehladna podloga | podići temperaturu podloge, dodati obrub |
| Zaobljeni oštri bridovi | previsoka temperatura, preslabo hlađenje | sniziti temperaturu, pojačati ventilator |
| Hrapave gornje plohe | premali protok ili premalo gornjih slojeva | povećati protok, dodati gornje slojeve |
Brzina, širina linije i protok
Količina materijala koju mlaznica mora dati u sekundi zove se volumni protok. Dobiva se umnoškom brzine gibanja, širine linije i visine sloja. Uz brzinu 60 mm/s, širinu linije 0,45 mm i visinu sloja 0,20 mm protok iznosi nešto manje od 5,5 mm³ u sekundi, što je za uobičajeni grijač posve izvedivo.
Svaki grijač ima granicu iznad koje materijal više ne stigne primiti dovoljno topline. Kada se ta granica prijeđe, ekstruder gura žicu koja se ne tali dovoljno brzo, pojavljuje se podistiskivanje i linije postaju tanje. Zato povećanje brzine bez povećanja temperature ima kratak doseg. Najveća brzina printera P-1 iznosi 200 mm/s, ali se ona odnosi na brzinu gibanja pri premještanju, a ne na brzinu ispisa punih linija.
Iz brzine gibanja, širine linije i visine sloja računa se volumni protok te brzina kojom ekstruder mora uvlačiti filament. Granica grijača zadaje se posebno.
Hlađenje i izgled
Ventilator usmjeren na svježe nanesenu liniju skraćuje vrijeme u kojem je materijal mekan. To je nužno za oštre bridove, tanke stupiće i mostove, jer bi se bez hlađenja materijal razlio prije nego što se skrutne. Istodobno hlađenje smanjuje vrijeme u kojem se spoj sa susjednim slojem može stvoriti, pa pojačano hlađenje uvijek znači i nešto slabiju vezu.
Zbog toga se hlađenje ne postavlja jednako za cijeli ispis. Prvi se sloj u pravilu ispisuje bez hlađenja kako bi dobro prionuo, zatim se ventilator postupno uključuje. Kod materijala koji se jače skupljaju hlađenje se drži na maloj vrijednosti ili se posve isključuje, a predmet se ispisuje u zatvorenoj komori.
Pažnja
Na vrlo malim predmetima svaki sloj traje kratko, pa prethodni sloj nije stigao dovoljno očvrsnuti. Tada pomaže usporavanje ispisa po sloju ili ispis dvaju komada odjednom, čime se svakom sloju daje vrijeme za hlađenje.
Ključni pojmovi
| Pojam | Značenje |
|---|---|
| Ekstruder | Sklop koji pogonskim kotačićem gura filament prema grijaču. |
| Hladno grlo | Dio između hladnog i vrućeg kraja koji sprječava širenje taljenja prema gore. |
| Mlaznica | Izmjenjivi dio s kalibriranim provrtom kroz koji materijal izlazi. |
| Širina linije | Širina nanesene trake materijala; veća je od promjera mlaznice. |
| Volumni protok | Količina materijala koju mlaznica daje u sekundi, umnožak brzine, širine i visine. |
| Podistiskivanje | Nanošenje manje materijala od potrebnog; linije su tanje i pojavljuju se rupe. |
Provjeri se
Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.
Pitanje 1 od 3
Čemu služi hladno grlo u sklopu ekstrudera?
Bez oštrog prijelaza iz hladnog u vruće područje omekšana bi se žica izvila i zaglavila u vodilici.
Pitanje 2 od 3
Kako se računa volumni protok kroz mlaznicu?
Protok je volumen materijala nanesen u sekundi, a to je upravo umnožak brzine, širine linije i visine sloja.
Pitanje 3 od 3
Što se događa kada se brzina poveća iznad mogućnosti grijača?
Grijač ima ograničenu snagu; iznad granice materijal izlazi nedovoljno rastaljen, pa su linije tanje i pojavljuju se rupe.
Odgovoreno 0 od 3.