Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Скорость 3D-печати измеряет количество произведенного материала за определенный период времени ( ), где единица времени измеряется в часах, а единица произведенного материала обычно измеряется в единицах кг, мм или см 3 , в зависимости от тип аддитивной технологии производства.

В следующей таблице сравниваются скорости коммерчески значимых технологий 3D-печати .

ТехнологииНормальная скоростьМаксимальная скорость (заявленная)
DLP / SLA20-36 мм / час. [1]720 мм / час [2]
FDM50-150 мм / час [3]500 мм / час [2]
SLS48 мм / час [3]60 мм / час
Многоструйный сплавОт 2800 см³ / час до 4000 см 3 / час [2]4500 см 3 / час [4]

Скорость 3D-печати относится только к этапу сборки, являющемуся подкомпонентом всего процесса 3D-печати. Однако весь процесс охватывает этапы от предварительной обработки до этапов последующей обработки. [5] Время, необходимое для печати готовой детали из файла данных ( .stl или .obj ), рассчитывается как сумма времени для следующих этапов:

  1. Этап предварительной обработки , который охватывает процесс подготовки детали и принтера. Это необходимо до начала фактической печати. Он рассчитывается как сумма времени, необходимого для следующих процессов:
    • Расположение и ориентация печатаемой детали
    • Ввод параметров (например, толщины слоя, типа материала) в программном обеспечении принтера
    • Формирование структуры поддержки
    • Генерация срезов (нарезка)
    • Создание программы траектории инструмента
    • Разогрев и загрузка опор и строительных материалов
    • Настройка осей xy и z
    • Диагностика, чистка или дополнительное тестирование
  2. Этап сборки , который представляет собой фактическое время печати после того, как подготовленные данные переданы на принтер для производства. Его можно рассматривать как сумму следующих периодов:
    • Срок изготовления при изготовлении детали и вспомогательных материалов
    • Время простоя, непроизводительное время, такое как перемещение по оси z, время охлаждения, выравнивание, непроизводственное перемещение печатающей головки
  3. Стадия постобработки , которая является завершающей стадией, происходит после изготовления детали. Он включает в себя следующие процессы:
    • Удаление опор
    • Обработка поверхности для получения желаемого качества поверхности [6]

Ускорить [ править ]

Технологии аддитивного производства обычно предполагают компромисс между скоростью печати и качеством. [7] Повышение скорости всего процесса 3D-печати можно сгруппировать в следующие две категории.

Улучшения программного обеспечения [ править ]

Сравнение среднего времени печати на принтере FFF / FDM в соответствии с ориентацией сборки чашки. [6]

Поскольку фактический процесс печати напрямую зависит от того, как модель нарезана, ориентирована и заполнена, их оптимизация приводит к сокращению времени печати.

Оптимальная ориентация. Изменить ориентацию детали можно либо с помощью файла STL, либо с помощью модели САПР . Определение оптимальной ориентации детали - это стандартное программное решение для всех процессов аддитивного производства. Это может привести к значительному улучшению многих ключевых факторов, влияющих на общее время печати. Следующие факторы сильно зависят от ориентации детали:

  • Высота детали в направлении сборки. Скорость сборки для z-направления ниже, чем для xy-направлений. За счет минимизации высоты количество слоев будет уменьшено. Следовательно, сокращается как время изготовления, так и время простоя.
  • Общий объем материала подложки , а общая площадь контакта со стороны с опорной конструкцией. Чем меньше используется опорный материал, тем меньше времени на сборку и окончательную обработку для снятия опор. За счет минимизации объема опоры осаждается меньше материала, поэтому в целом сокращается время изготовления. Этот фактор влияет на процессы, использующие внешние структуры поддержки, такие как SLA, FDM.
  • Качество общей площади. Ориентация детали определяет, какие грани подвергаются эффекту лестницы - артефакту наслоения. За счет максимального повышения качества поверхности уменьшается время, необходимое для доводки поверхности до требуемого допуска. [6]
Равномерная и адаптивная нарезка

Адаптивная нарезка . Ошибка, вызванная эффектом лестницы, может быть измерена с помощью нескольких показателей, все из которых относятся к разнице между поверхностью модели и фактической поверхностью печати. Путем адаптивного расчета распределения слоев по высоте эта ошибка может быть минимизирована: качество поверхности повышается, а время постобработки уменьшается. Преимущества адаптивного нарезания зависят от соотношения площади поверхности к объему детали. Эффективный расчет адаптивных слоев возможен путем анализа поверхности модели по всей высоте слоя. Несколько реализаций доступны в виде программного обеспечения с открытым исходным кодом. [7]

Улучшения оборудования [ править ]

Увеличение скорости печати с помощью оборудования может принимать следующие формы, многие из которых используются ведущими компаниями, занимающимися 3D-печатью.

  • Модифицированные печатающие головки: использование печатающих головок разных типов для разных процессов печати. Например, наличие дополнительного питателя с ножом для предотвращения скольжения нити .
  • Температура: включая дополнительный лазер для плавления нити перед подачей в экструдер. Это предотвращает ненужный нагрев печатающей головки, тем самым сокращая время охлаждения печатающей головки.
  • Минимизация силы сцепления в мертвом слое технологий на основе цифровых световых проекторов. [8]
  • Технология печати с дозированием геля, при которой экструдируется гелевый материал, немедленно затвердевающий под действием УФ-светодиода [4]
  • Добавление дополнительных печатающих головок для совместной работы с использованием планирования пути для увеличения скорости печати. [9]
  • Использование специальных видов материалов для конкретных технологий производства. [5]

Проблемы [ править ]

В зависимости от используемой технологии есть некоторые проблемы, которые могут ограничить скорость 3D-печати:

  • Оптимизация формы . Поскольку внутреннее пространство продукта может быть заполнено множеством различных структур, необходима оптимизация дизайна за счет аддитивного производства. Найти лучший способ наполнить интерьер продукта с учетом определенных ограничений - непростая задача.
  • Ориентация детали. Теоретически ориентаций бесконечно много. В зависимости от назначения детали может не быть оптимальной ориентации при попытке оптимизировать сразу несколько критериев.
  • Нарезка. Две основные проблемы с нарезкой - это эффект лестницы и проблема локализации.
  • Планирование траектории инструмента. Поскольку скорость инструмента печати может изменить размер слоя, при планировании траектории движения инструмента необходимо учитывать физические и механические свойства процесса.
  • Постобработка. Удаленный материал основы все еще может оставлять заусенцы или остатки, которые можно отполировать другими методами, такими как шлифование детали вручную, дробеструйная обработка, традиционная обработка или чистовая обработка ацетоном.
  • Проблемы с оборудованием и обслуживанием. После того, как деталь напечатана, необходимы типичные процедуры очистки, чтобы гарантировать, что операции продолжаются с таким же качеством. В зависимости от типа используемого материала необходимо настроить параметры лазеров, чтобы избежать ненужного переотверждения или спекания.
  • Методики печати. У каждого метода печати есть свои плюсы и минусы. Например, методы на основе DLP имеют преимущество в том, что они создают сразу весь уровень. Однако время простоя DLP больше из-за силы сцепления. В методе, основанном на SLA, используются два или более лазера, которые пересекаются в определенных точках для отверждения материала - точка за точкой - однако это создает проблемы как при планировании, так и при реализации. Безслойные методы имеют более сложное планирование пути. [5]

Исследование [ править ]

1. Однородный материал 2. Применяется структурированное ультразвуковое поле 3. Применяется ультрафиолетовый свет для закрепления формы, полученной на предыдущем этапе.

Акустическое изготовление [ править ]

Интересные особенности звуковых волн побудили ученых использовать их в аддитивном производстве. Звуковые волны могут формировать поля давления, которые придают материалу желаемую форму в бесконтактной установке. Тот факт, что его можно одновременно наносить на большую площадь, делает его хорошим кандидатом для быстрого изготовления. [10]

Процесс начинается с создания акустической голограммы. Акустическая голограмма - это маска, которая направляет звуковое поле для формирования желаемого рисунка. Его можно изготавливать аддитивным способом в сочетании с методами травления и наноимпринта . Процесс следует путем помещения частиц силиконового каучука в жидкую среду с фотоинициаторами. Затем акустическая маска используется для создания звукового поля с желаемым давлением и расположения частиц в правильном порядке. Следующим шагом будет применение ультрафиолетового излучения для отверждения конечного продукта. [10]

Быстрое непрерывное аддитивное производство за счет ингибирования рисунка

Улучшенные процессы SLA [ править ]

Скорость выполнения SLA ограничена:

  • Адгезия затвердевшего материала к проекционному окну
  • Нарушение поверхности смолы

Быстрое непрерывное аддитивное производство за счет ингибирования рисунка

Из-за упомянутых эффектов скорость печати методами SLA ограничена от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в час. Для решения этой проблемы используется система из двух источников света, один для полимеризации, а другой для ингибирования полимеризации, чтобы избежать прилипания и, как следствие, более быстрой печати. Этот метод позволяет ускорить процесс до 200 см / час. Более того, контролируя интенсивность каждого пикселя в настройке, можно создать топографический узор за одну экспозицию без перевода сцены. [11]

Быстрая 3D-печать, мобильный жидкостный интерфейс

В установке используется смесь фотоинициаторов и фотоингибиторов. Спектры поглощения двух материалов ортогональны, что позволяет контролировать процесс с помощью двух ортогональных источников света. Поскольку материал создается слой за слоем, лоток постепенно поднимается, и фотоингибиторы не допускают прилипания к окну. [11]

Во время проектирования объект преобразуется в более мелкие блоки для более быстрой печати. Только та часть, которую необходимо повторить, будет напечатана с высоким разрешением (красная область).

Быстрая 3D-печать в больших объемах с терморегулятором с использованием мобильного жидкостного интерфейса

Другой способ решить проблему адгезии - создать мертвый слой, который препятствует процессу отверждения. Один из способов создания этого мертвого слоя - использовать поток фторированного масла. Эта жидкость омнифобна, что означает, что она отталкивает все материалы и ни к чему не прилипает. Причина использования потока вместо статического слоя состоит в том, чтобы создать большую силу против силы адгезии, а также помочь с охлаждением отвержденного слоя (при отверждении выделяется тепло). [8]

Быстрая 3D-печать за счет интеграции строительных блоков [ править ]

Разделение объекта на более мелкие блоки (например, части Lego ) перед печатью может привести к увеличению скорости в 2,44 раза по сравнению с обычным методом печати. Более того, когда объект необходимо повторить для поиска оптимального дизайна, неэффективно перепечатывать весь объект снова и снова: одно из решений - распечатать основную структуру констант только один раз и перепечатать только небольшие изменяющиеся части с высоким разрешением. Эти более мелкие детали устанавливаются на основную конструкцию. [12]

См. Также [ править ]

  • Быстрое прототипирование

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Как сделать 3D-печать из смолы в 8 раз быстрее и в 9 раз точнее» . Зортракс . 2018-09-21 . Проверено 5 февраля 2020 .
  2. ^ a b c Армандо (14.08.2019). «5 самых быстрых 3D-принтеров - высокоскоростная 3D-печать (февраль 2020 г.)» . AllThat3D . Проверено 5 февраля 2020 .
  3. ^ a b «Скорость 3D-печати: сколько времени занимает 3D-печать» . Скульптео . Проверено 5 февраля 2020 .
  4. ^ a b Флинт, Джозеф (10 апреля 2019 г.). «Самые быстрые 3D-принтеры в 2019 году» . 3dinsider .
  5. ^ a b c Оропалло, Уильям; Пигль, Лес А. (12 июня 2015 г.). «Десять вызовов в 3D-печати». Инжиниринг с компьютерами . 32 (1): 135–148. DOI : 10.1007 / s00366-015-0407-0 . ISSN 0177-0667 . 
  6. ^ a b c Александр, Пол; Аллен, Сет; Датта, Дебасиш (1 апреля 1998 г.). «Ориентация деталей и определение стоимости сборки в многоуровневом производстве». Компьютерный дизайн . 30 (5): 343–356. DOI : 10.1016 / s0010-4485 (97) 00083-3 . ISSN 0010-4485 . 
  7. ^ a b Вассерфаль, Флоренс; Хендрих, Норман; Чжан, Цзяньвэй (2017-08-20). «Еще раз об адаптивном нарезке для процесса FDM». 2017 13-я конференция IEEE по науке и технике автоматизации (CASE) . IEEE. DOI : 10.1109 / coase.2017.8256074 . ISBN 978-1-5090-6781-7.
  8. ^ a b Уокер, Дэвид А .; Хедрик, Джеймс Л .; Миркин, Чад А. (18.10.2019). «Быстрая трехмерная печать в больших объемах с терморегулятором с использованием мобильного жидкостного интерфейса» . Наука . 366 (6463): 360–364. DOI : 10.1126 / science.aax1562 . ISSN 0036-8075 . PMC 6933944 . PMID 31624211 .   
  9. ^ Вперед, Джеймисон; Харт, А. Джон (2017-12-01). «Быстрое экструзионное аддитивное производство в масштабе настольных ПК» . Аддитивное производство . 18 : 276–284. arXiv : 1709.05918 . DOI : 10.1016 / j.addma.2017.10.016 . ISSN 2214-8604 . 
  10. ^ a b Мельде, Кай; Чой, Ынджин; Ву, Чжигуан; Паладжи, Стефано; Цю, Тянь; Фишер, Пер (2018). «Акустическая фабрикация посредством сборки и слияния частиц» . Современные материалы . 30 (3): 1704507. DOI : 10.1002 / adma.201704507 . ISSN 1521-4095 . 
  11. ^ а б де Бир, Мартин П .; ван дер Лаан, Гарри Л .; Коул, Меган А .; Уилан, Райли Дж .; Бернс, Марк А .; Скотт, Тимоти Ф. (январь 2019 г.). «Быстрое, непрерывное аддитивное производство путем формирования рисунка с ингибированием объемной полимеризации» . Наука продвигается . 5 (1): eaau8723. DOI : 10.1126 / sciadv.aau8723 . ISSN 2375-2548 . PMC 6357759 . PMID 30746465 .   
  12. ^ Мюллер, Стефани; Мор, Тобиас; Гюнтер, Керстин; Фронхофен, Йоханнес; Баудиш, Патрик (2014). «faBrickation: быстрая 3D-печать функциональных объектов за счет интеграции строительных блоков» . Материалы 32-й ежегодной конференции ACM «Человеческий фактор в вычислительных системах» - CHI '14 . Торонто, Онтарио, Канада: ACM Press: 3827–3834. DOI : 10.1145 / 2556288.2557005 . ISBN 978-1-4503-2473-1.