Komplex geometriák vs. megfizethető 3D nyomtatótechnológia – szükség van-e kompromisszumra?
A műanyagszálas 3D nyomtatási technológia (FDM) mára már bárki számára elérhető, hiszen a 2009-ben lejárt szabadalmaknak köszönhetően bármelyik fejlesztő cég piacra dobhat ilyen elven működő asztali 3D nyomtatókat. A piacon megjelent nagy számú versenyzőnek köszönhetően a gépek ára már egy erősebb laptop vagy tévékészülék kategóriájába esik, a verseny hangsúlya pedig az árról a minőségre és a funkcionalitásra tevődik át. Ez a szemléletmód tükröződik az Ultimaker legújabb kétfejes 3D nyomatójában, amely technikai újításainak köszönhetően képes átvenni többtízmilliós ipari gépek feladatait. Ezzel költséghatékony alternatívát kínál minőségi kompromisszumok nélkül.
Az Ultimaker 3 3D nyomtató két méretben vásárolható meg
A műanyagszálas 3D nyomtatás kihívásai és lehetőségei
Aki próbálkozott már műanyagszálas 3D nyomtatással, jól tudja: a modellek felületi minősége nem mindig elégít ki minden igényt, ráadásul az olcsó, egyfejes gépek által generált támaszok eltávolítása sokszor idegőrlő folyamat is lehet: az apró támaszokat manuálisan kell eltávolítani, majd a szabadon maradt felületet csiszolással meg is kell tisztítani. Így hiába additív a gyártástechnológiánk, egy-egy bonyolultabb formavilágú modell nyomtatása rengeteg utómunkát kíván, a belső üregekkel rendelkező modellekről ráadásul nem is lehet maradéktalanul eltávolítani a támaszokat, hiszen nem férünk hozzá. A nyűg komolyságát példázza, hogy a Next Generation Additive Manufacturing projekt becslése szerint egy 3D nyomtatott alkatrész teljes gyártási költségének akár 70%-át is a manuális utómunka teheti ki. Az Ultimaker legújabb gépei, a FreeDee Printing Solutions által forgalmazott kétfejes Ultimaker 3 és Ultimaker 3 Extended azonban éppen erre a problémára adnak professzionális megoldást a lélektani egymilliós beruházási költséghatár alatt.
A több tízmillió Forintos műanyagszálas gépek eddig azért voltak lépéselőnyben, mert a támaszokat egy második extruderből, másik fajta termoplasztikus polimerből nyomtatták, ezek a támaszok pedig a nyomtatás után egy lúgos oldószerben ultrahangos mosóval leoldhatók. Ezért a kényelmes eljárásért eddig a felhasználónak nagyon mélyre kellett nyúlnia a pénztárcájába. Az elérhető árú dual-extruderes 3D nyomtatókkal pedig mindeközben sok volt a probléma. Az esetek többségében az egyik fejen ott maradt olvadék sokszor belekenődött a másik fej által nyomtatott rétegekbe. Így a kétszínű nyomtatásunk is sokszor “maszatos” lett, az oldható támasz pedig sokszor belelógott a modell-anyag kontúrjaiba.
Elhibázott 3D nyomtatás egy gyenge mechanikájú kétfejes géppel, forrás: http://www.3dbenchy.com/3dbenchy-for-dual-and-multi-part-color-3d-printing/
Miben más az Ultimaker 3?
A problémát az ipari nyomtatók úgy oldották meg, hogy a nem használt extruder fúvókáját néhány mm-rel megemelték, amíg a másik fej dolgozott. A jóval kedvezőbb árú asztali 3D nyomtatókban eddig nem volt elérhető ilyen műszaki megoldás, de ez mára már a múlt. A nemrég bemutatott Ultimaker 3 és Ultimaker 3 Extended gépek a többmilliós 3D nyomtatókhoz hasonlóan képesek megemelni a támaszt nyomtató másodlagos extruder fúvókáját, így tökéletesen tiszta és pontos modellek előállítására képesek akár két különböző színből, akár oldható támaszanyaggal. Ráadásul teszik mindezt zseniálisan egyszerű módon: a készülék mechanikusan, egy karral emeli fel a düznit, amelyet szerszámváltáskor egy a készülék oldalára rögzített konzolba beakasztva húz fel. A fejlesztők gyakorlatilag néhány sornyi extra g-kóddal és egy műanyag konzol segítségével reprodukálták az ipari gépek egyelőre szabadalommal védett folyamatait. Így az Ultimaker 3 még a mágikus egymilliós költségtartományban maradt, miközben akár 60 mikronos rétegfelbontásával tökéletesen képes kiváltani a jóval drágább FDM gépek szerepét.
Az Ultimaker 3 kétfejes megoldása cserélhető fejmagokkal
Az Ultimaker 3 másik különlegessége, hogy nyomtatófej magjai egyetlen kézmozdulattal cserélhetők, így attól függően, hogy kétszínű modell anyaggal, vagy oldható támasszal szeretnénk használni a masinát, tudunk A vagy B jelű, adott alapanyagra optimalizált nyomtatófejet használni. Az oldható támaszoknak köszönhetően pedig bármilyen komplex, sok alámetszést tartalmazó geometria könnyen kinyomtatható, és nem kell attól sem tartanunk, hogy a támaszok eltávolítása során sérülne az alkatrész felületi minősége. Az oldható támasz ABS modellanyag esetében a D-limonén vegyszerben oldódó HIPS (polisztirol), PLA modellanyag esetén pedig a vízoldható PVA. Fontos a modellanyaghoz a megfelelő támaszanyag kiválasztása, hiszen a két anyagnak nagyjából egy hőmérsékleten, azonos zsugorodással kell rendelkeznie. Emellett fontos az is, hogy egymáshoz is jól tapadjanak a különböző termoplasztikus polimerek.
Mire jó a kétfejes FDM 3D nyomtatás?
Ezzel a módszerrel egymásba metsző, mozgó alkatrészek is könnyedén elkészíthetők, valamint a legkomplexebb geometriákat is ki tudjuk nyomtatni tökéletes felületi minőséggel. A képen látható légcsavar nyomtatása egyfejes géppel is lehetséges lenne, azonban a támaszok eltávolítása után visszamaradó érdes felület sem aerodimanikai, sem esztétikai szempontból nem elégítené ki az alkatrésszel szemben támasztott műszaki követelményeket. Vízoldható PVA támaszanyaggal nyomtatva azonban a támaszok lemosása után szabad szemmel meg sem tudnánk állapítani, melyik sík volt alul vagy felül a nyomtatási folyamat során. Az Ultimaker 3-mal készíthetünk egymásban elforgó, koncentrikus alkatrészeket is, amilyen a második képen látható modell, amelyben több, egymásban elforduló elem található, melyek mozogni is képesek. Könnyű belátni, hogy ezzel a módszerrel akár működő golyóscsapágyat vagy állítható csavarkulcsot is készíthetünk anélkül, hogy a nyomtatón kívül egyéb eszközt (csiszolópapír, sniccer, reszelők) kellene használnunk.
Bennszülött alkatrészek 3D nyomtatása oldható támaszanyaggal
Az oldható támaszok mellett a kétfejes 3D nyomtatás másik lehetőségei a két színnel nyomtatott modellek, amelyek így tiszta kontúrokkal, nem kívánt színátmenetek nélkül tisztán készülhetnek el. A képen látható csavarozó-prototípusok is ezzel az eljárással készültek, így könnyű szerrel készülhet el több változat ugyanabból a koncepcióból anélkül, hogy utólag a modellt felületkezelni és festeni kellene. A betűk kontúrjánál látszik igazán, mennyire tiszta munkára képesek a fejemeléssel dolgozó professzionális kétfejes Ultimaker 3 gépek: nincsen nyoma másik fejből származó foltnak az elsődleges fej által nyomtatott területeken.
Nem kell tehát többé néhány tízmilliós gépet vásárolnunk ahhoz, hogy akármilyen szabadformát, összetett geometriát vagy mozgó, egymásban elforgó szerkezeteket képesek legyünk 3D nyomtatni. A két színnel történő nyomtatás pedig noha még messze van a full color technológiáktól, mégis sokkal érdekesebb és szemléletesebb prototípusok vagy akár végtermékek készíthetők kétféle alapanyagból. Ráadásul a szokásos PLA alapanyag mellett a fűthető tálcának és az opcionálisan temperálható kamrának köszönhetően olyan ipari polimerekkel is dolgozhatunk az Ultimaker 3-on, mint az ABS vagy a Nylon. Az Ultimaker gépeit ezen a héten élőben az Ipar Napjain, a FreeDee Printing Solutions standján (G pavilon 102A2) is megtekinthetik az érdeklődők.