Der Sprung vom kleinformatigen zum großformatigen 3D-Druck eröffnet eine Welt voller Möglichkeiten, erfordert aber auch andere Druckrichtlinien, um optimale Ergebnisse zu gewährleisten
Der Sprung vom kleinformatigen zum großformatigen 3D-Druck eröffnet eine Welt voller Möglichkeiten, erfordert aber auch andere Druckrichtlinien, um optimale Ergebnisse zu gewährleisten. Der großformatige 3D-Druck bietet eine einzigartige Reihe von Herausforderungen und Möglichkeiten, die beim Übergang vom kleinformatigen Druck berücksichtigt werden müssen.
Die in diesem Artikel beschriebenen Richtlinien helfen Ihnen beim Übergang vom kleinformatigen zum großformatigen 3D-Druck. So können Sie hochwertige, großformatige Drucke mit höherer mechanischer Festigkeit und mehr Veredelungsoptionen herstellen und Zeit und Material sparen.
Flexbot Custom bei Al Seer Marine
1. ALLES IST GRÖSSER
Die Möglichkeiten der großformatigen additiven Fertigung beginnen an den Grenzen von Desktop-Druckern. Desktop-Drucker sind in der Regel in der Lage, Objekte bis zu einer Größe von 300 mm x 300 mm x 300 mm zu drucken. Bei der großformatigen additiven Fertigung beginnt der Druck bei dieser Größe. So bietet beispielsweise die kleinste Konfiguration des Flexbot bereits ein Druckbett von 2 x 1 Meter.
Diese Reichweite kann durch die Modularität der robotergestützten LFAM-Lösungen von CEAD erhöht werden. Ein größeres Druckbett oder die Platzierung des Roboters auf einer linearen Schiene erhöht das Bauvolumen und damit die Druckgröße. Die Flexbot-Konfiguration ist anpassbar, wie das Foto oben zeigt, auf dem das größte Flexbot-System bei Al Seer Marine installiert wurde, mit einer Baufläche von 4 x 36 Metern und zwei Robotern, die sich entlang einer linearen Schiene bewegen.
Da die additive Fertigung von kleinen auf große Maßstäbe übergeht, kommt es zu einer deutlichen Zunahme der Düsengrößen, Schichthöhe und -breite. In der Regel können Desktop-Drucker Düsen mit einem maximalen Durchmesser von 0,8 mm verarbeiten.
Die Düsen, die auf die Extruder von CEAD passen, reichen jedoch je nach Extruder von 2 mm bis 24 mm. Die Verwendung größerer Düsen führt dazu, dass während des Druckvorgangs dickere und breitere Schichten entstehen. Die Extrusionsleistung bestimmt auch die Größe des Teils, die bei LFAM-Anwendungen deutlich größer ist.
2. KÜHLUNG DER GEDRUCKTEN SCHICHTEN
In kleineren Desktop-Druckern ist oft ein Lüfter eingebaut, der das Teil während des Druckvorgangs kühlt. Dies hilft, die Temperatur der vorherigen Schicht oder Raupe zu regulieren, was kürzere Schichtzeiten und einen schnelleren Druck ermöglicht.
Während die externe Kühlung bei kleinen Maßstäben von Vorteil ist, ist beim großflächigen 3D-Druck eine Kühlung mit einem Lüfter aus mechanischer Sicht unerwünscht. Beim LFAM konzentrieren sich Ihre Druckstrategien auf die Anpassung der Schichtzeiten, um eine ordnungsgemäße Kühlung und Verfestigung des Materials zu ermöglichen.
3. PELLETS ODER FILAMENT FÜR DEN 3D-DRUCK
Bei den Rohmaterialien für diese Art des 3D-Drucks gibt es zwei Hauptoptionen: Pellets/Granulat oder Filament. Desktop-Drucker schmelzen in der Regel Kunststofffilament, während die additiven Fertigungssysteme von CEAD den 3D-Druck auf Pelletbasis verwenden.
Filament wird von Materiallieferanten aus Pellets hergestellt. Das für LFAM verwendete Material erfordert daher weniger Verarbeitung, da die Pellets direkt für den 3D-Druck verwendet werden können. Durch die Vereinfachung des Produktionsprozesses von Druckmaterial werden die Kosten für dieses Material gesenkt.
Im Gegensatz zu Filament-Extrudern verwenden die Pellet-Extruder von CEAD einen Schraubenmechanismus, um das pelletierte Material zu schmelzen und durch einen beheizten und nitrierten Zylinder zur Düse zu transportieren. Der nitrierte Zylinder in den Extrudern von CEAD bietet Widerstand gegen abrasive Materialien. Dies ermöglicht die Verarbeitung einer Vielzahl von kurzfaserverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoffen, die viele Anwendungen in verschiedenen Branchen bieten.
Genau wie Filament müssen auch die meisten thermoplastischen Pellets beim Druck trocken sein. Ein externer Trockner wird verwendet, um sicherzustellen, dass das Material trocken und frei von Feuchtigkeit ist. Nach dem Trocknungsprozess werden die Pellets in einen Zuführeinlass geladen und durch einen Zylinder mit mehreren unabhängigen Heizabschnitten geschoben, wo sie erhitzt werden, bis sie schmelzen.
Die Extrusion auf Pelletbasis hat gegenüber dem filamentbasierten 3D-Druck mehrere Vorteile:
- Geringere Kosten: Da weniger Verarbeitung als bei Filament erforderlich ist, sind Pellets im Allgemeinen kostengünstiger. Es können auch Materialien für bestehende Produktionsmethoden wie Spritzguss verwendet werden. Dies senkt die Kosten weiter.
- Höhere Produktionsgeschwindigkeit: Eine höhere Produktionsgeschwindigkeit wird durch die höhere Leistung von LFAM erreicht. Außerdem können während des Druckvorgangs neue Pellets in den Trockner gegeben werden. Filamentdrucker müssen angehalten werden, um eine Filamentspule zu wechseln.
- Größere Auswahl an verfügbaren Materialien: Da Pellets in der Kunststoffindustrie weit verbreitet sind, ist die Auswahl an verfügbaren Materialien größer als bei Filamenten.
- Fräsfähigkeit: Da LFAM größer und daher gröber ist als Kleindrucke, können Sie den Druck zu einem glatten Ganzen zurückfräsen. Größere Perlen bieten mehr Möglichkeiten zum Fräsen.
Klicken Sie hier, um mehr über thermoplastische Pellets für den großformatigen 3D-Druck zu erfahren.
4. KONTINUIERLICHER WERKZEUGPFAD
Beim großformatigen 3D-Druck sind Start- und Stoppunkte im Vergleich zu kleineren Formaten besser sichtbar. Deshalb ist es wichtig, Drucke mit einem kontinuierlichen Werkzeugweg zu entwerfen, damit der gesamte Druck in einem Durchgang abgeschlossen werden kann. Wenn der Extruder einem kontinuierlichen Werkzeugweg folgt und somit während des Drucks keine Start-Stopp-Vorgänge ausführt, sind mögliche Fehler im Druck weniger auffällig. Durch die Verwendung eines kontinuierlichen Werkzeugpfads können großformatige 3D-Drucke mit weniger sichtbaren Fehlern und einer höheren Qualität hergestellt werden.
Die Roboterextruder und Flexbot von CEAD können mit Dynamic Flow Control (DFC) ausgestattet werden. Mit DFC können Sie sehr genau berechnen, wie viel thermoplastisches Material Sie extrudieren. Dieses Add-on sorgt für eine gleichmäßigere Ausgabe und ermöglicht daher qualitativ hochwertigere Starts und Stopps bei Ihren Drucken.
Diese Start- und Stopp-Vorgänge können zum gleichzeitigen Drucken verschiedener Teile verwendet werden, wodurch sich die Gesamtproduktionszeit der Teile erhöht. Darüber hinaus kann mithilfe von Start- und Stopp-Vorgängen eine doppelte Wulst in Ihre Entwürfe implementiert werden. Dies bietet mehr Fräsmöglichkeiten und spart gleichzeitig Gewicht und damit Produktionszeit, Material und Produktionskosten. Erfahren Sie mehr über die Verbesserung der Genauigkeit beim 3D-Großformatdruck mit Dynamic Flow Control.
5. DRUCKEN OHNE UNTERSTÜTZUNG
Beim großformatigen 3D-Druck kommt die einzige notwendige Unterstützung von den Ingenieuren des CEAD-Support-Teams. Während bei kleineren 3D-Drucken Stützen verwendet werden können, um einzigartige Designs zu erzielen, erfordert der großformatige Druck einen anderen Ansatz.
Das Entfernen von Stützen bei kleineren Drucken kann mit einer einfachen Zange erfolgen, was jedoch bei größeren Drucken nicht praktikabel ist. Die Menge an Material, die zum Drucken der Stützen in dieser Größenordnung benötigt wird, ist beträchtlich und kann zu einer erheblichen Verschwendung von Ressourcen führen. In diesen Fällen drucken Sie entweder ohne Stützen (z. B. in einem Winkel von 45 Grad, wie im folgenden Video zu sehen) oder Sie fräsen die Stützen nach dem Druck weg.
6. VERSCHIEDENE DRUCKSTRATEGIEN
Der robotergestützte Aspekt des robotergestützten 3D-Drucks ermöglicht die Verwendung verschiedener Druckstrategien. Beispiele für Druckstrategien sind der nicht-planare, der multi-planare oder der 45-Grad-Druck, wie im obigen Video zu sehen.
Der 45-Grad-Druck eröffnet neue Möglichkeiten für das Design. Trotz des größeren Maßstabs bleibt der Überhangwinkel derselbe wie beim kleinformatigen 3D-Druck, normalerweise etwa 45 Grad. Dies gilt sowohl für den kleinformatigen als auch für den großformatigen 3D-Druck, unabhängig davon, ob der Extruder in einem Winkel platziert ist.
Wenn der Extruder in einem Winkel positioniert ist, bleibt der Überhangwinkel bei 45 Grad, dreht sich jedoch relativ zur unteren Schicht. Dies sollte während des Designprozesses berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass die Überhänge erfolgreich gedruckt werden können, ohne dass sie zusammenfallen oder sich verziehen. Ein Beispiel für diese Art des Druckens ist im obigen Video zu sehen.
7. DRUCKEN VON EINEM MATERIAL NACH DEM ANDEREN
Ähnlich wie beim 3D-Druck im kleinen Maßstab wird auch beim 3D-Druck im Großformat Schicht für Schicht gedruckt. Beim Drucken mit kleinen Filamentdruckern kann der Druckvorgang unterbrochen und das Filament gewechselt werden. Dadurch kann ein Objekt mit mehreren Materialien gedruckt werden.
Beim großformatigen Druck auf Pelletbasis kann das Material nicht so einfach gewechselt werden. Der Zylinder des Druckers muss geleert und gespült werden, bevor neues Material verwendet werden kann.
Eine häufige Anwendung des gleichzeitigen Drucks von zwei verschiedenen Materialien findet sich beim Druck von Stützen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Stützen in Wasser aufgelöst werden können oder sich leicht entfernen lassen. Dies stellt jedoch keine Einschränkung für den großflächigen 3D-Druck dar, da das Drucken mit Stützen keine gängige Praxis ist.
8. MODULARE DRUCKSYSTEME
Ein Vorteil des großflächigen Roboterdrucks ist die Modularität der Drucksysteme. So kann beispielsweise eine vorhandene Flexbot-Roboterlösung mit verschiedenen Roboterextrudern und Fräsoptionen ausgestattet werden. Darüber hinaus bietet CEAD modulare Druckbetten, die das Druckpotenzial erhöhen. In Kombination mit der Platzierung des Roboters auf einer linearen Schiene ergibt sich eine deutliche Steigerung des Druckvolumens.
Die Modularität bezieht sich nicht nur auf Upgrades in Bezug auf den Roboter und die Ausrüstung. Mehrere roboterbasierte Flexbots können auch kombiniert werden, um dasselbe Objekt aus zwei verschiedenen Winkeln zu drucken, wie in der Abbildung unten zu sehen ist. Klicken Sie hier, um mehr über das 36 x 4 Meter große robotergestützte 3D-Drucksystem zu erfahren, das auf dem Foto unten zu sehen ist.
Die Modularität der robotergestützten additiven Fertigung im großen Maßstab ermöglicht es Ihnen, das Drucksystem an Ihre Anwendung und Druckeinrichtung anzupassen.
Flexbot Custom bei Al Seer Marine
9. VERGESSEN SIE INFILL
Beim herkömmlichen kleineren 3D-Druck werden Hohlkörper benötigt, die eine interne Struktur enthalten, die als Füllung bezeichnet wird. Dieses interne Materialmuster wird innerhalb der Form eines 3D-Drucks gedruckt, um dem endgültigen Druck mehr zusätzliche Unterstützung und Festigkeit zu verleihen.
Beim Drucken in einem großen Format ist die Verwendung von Füllmaterial in der Regel nicht erforderlich. Im Allgemeinen sind großformatige additive Fertigungsdrucke stark genug, wenn sie hohl gedruckt werden. Die Festigkeit der Drucke ist auf die größere Größe der Drucke und das Vorhandensein von Fasern im Material zurückzuführen. Das Fehlen von Füllmaterial spart Druckzeit und Material.
Die Größe und Anwendung einiger Drucke könnte jedoch eine zusätzliche Festigkeit erfordern, wie z. B. bei der Brücke in der Abbildung unten. Um die Festigkeit zu erhöhen, können LFAM-Drucke mit einer internen Rippenstruktur entworfen werden. Dadurch werden kritische Punkte unterstützt. Eine weitere Anwendung hierfür sind Drucke, die bei erhöhten Temperaturen (z. B. Autoklav) verwendet werden.
Weitere Informationen zum großformatigen 3D-Druck und zur Füllung finden Sie in der Wissensdatenbank von CEAD.
10. GROSSFORMATIG IST GROSSFORMATIG
Es ist wichtig zu bedenken, dass die gedruckten Objekte im Allgemeinen nicht kleiner als 300 mm x 300 mm x 300 mm sein sollten. Sie können zwar längere Objekte drucken, die kürzer als 300 mm sind, aber dies ist die allgemeine Richtlinie.
Außerdem wird davon abgeraten, Details zu drucken, die kleiner als 10 mm sind, da die kleinstmögliche Schichtbreite und der vollständige Kreis, der mit dem Werkzeugweg erstellt werden kann, begrenzt sind. Die additive Fertigung im großen Maßstab sollte sich daher auf große Projekte konzentrieren.
ÜBERGANG VOM KLEINSKALIGEN ZUM GROSSEN 3D-DRUCK
Die in diesem Artikel erläuterten Richtlinien helfen Ihnen, hochwertige Großformatdrucke zu erstellen. Prüfen Sie die Möglichkeiten von LFAM für Ihre Organisation?
Der innovative Ansatz von CEAD für den großformatigen 3D-Druck revolutioniert die Branche und ebnet den Weg für neue Möglichkeiten in Design und Fertigung. Bitte wenden Sie sich an die Spezialisten von CEAD, um mehr über die Möglichkeiten zu erfahren, die dieser Ansatz für Ihre Produktionsstätte oder Forschung bieten kann.