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3Dプリント技術とは正確には何ですか?

Posted by: Fymicohuang 2021-11-06 3Dプリント技術とは正確には何ですか? はコメントを受け付けていません

2009年以降、ポータブル3Dプリンターの主な特許は失効し、3D印刷は独自の業界に発展しました。 したがって、3Dプリンターは私たちの時代の決定的な製品のXNUMXつです。

現在、3Dプリンターは、楽器、カメラ機器、医療モデル、電話、個人用テクニカルアクセサリー、家の装飾、おもちゃ、ファッションなど、考えられるほとんどすべてのものを作成するために使用されています。 そのアプリケーションはほぼ無限大です。 理論的には、3Dプリントはあらゆる固体オブジェクトを作成できます。 いくつかの技術的な制限が特定のサイズと特定の材料の印刷を妨げていますが、科学者は機能を急速に改善するために研究しています。

最も人気のあるタイプの3D印刷は、ヒューズ製造としても知られる溶融堆積モデリング(FDM)です。 ヒューズ堆積モデリングの動作原理は、プラスチックフィラメントが指定されたXYZ座標を上、下、または上に移動すると、ノズルMeltを通過し、プラスチックフィラメントのロールを圧迫することです。

FDMプロセスを使用して、次のような製品を作成します。

・CADソフトウェアを使用してXNUMX次元モデルを生成します。

・CADモデルはステレオリソグラフィーファイル(.stl形式)としてエクスポートされ、スライスソフトウェアにインポートされます。

・ファイルはレイヤーに分割され、特定のツールパスが生成されます。

・デザインがプリンターに送信されます。

部品のサイズと複雑さに応じて、部品は数分、数時間、または数日で積層造形によって製造できます。

3Dプリント用の熱を生成します

結局のところ、溶融堆積モデリングは熱に関するものです。 3Dオブジェクトは、プラスチックを溶かし、成形し、冷却することによって作成されます。

FDMプリンターのいくつかの主要コンポーネントは、熱を生成および管理できます。

・押出機。

・印刷ベッド。

・層状冷却ファン。

それぞれを注意深く研究することで、それらが印刷結果にどのように影響するかを説明します。

押出機。 押出機は、ほとんどのプリンター技術が配置されている場所です。 これは、コールドエンドとホットエンドで構成され、コールドエンドがフィラメントをシステムに引き込み、ホットエンドがフィラメントを押し出すときに溶融します。

押出機のホットエンドの内側には加熱ブロックがあります。 通常、アルミ製でヒーターボックスで加熱します。 フィラメントがヒートパイプを通過してノズルに到達すると、発熱体がフィラメントを溶かします。

押出機にはラジエーターファンもあります。 この冷却要素は、低温に保つ必要のある押出機部品に熱が入るのを防ぐのに役立ちます。

押出機で言及する価値のある別のコンポーネントは、サーミスタまたは熱電対です。 この部品は、ホットエンドの温度を感知して調整するのに役立ちます。

ベッドを印刷します。 印刷床は、印刷プロセス中にフィラメントが指定された形状で堆積される表面です。 ほとんどの印刷テーブルは、プラスチックの冷却が速すぎて製品がゆがむのを防ぐために加熱されます。 プリントベッドは通常、122〜212°C(50〜100°F)の範囲に保たれます。 特定の温度要件は、使用するフィラメントのタイプによって異なります。

一部のプリンタには、加熱ベッドがありません。 これらの機械で印刷できる素材は限られています。 同様に、材料がこれらのベッドに付着しない可能性があり、溶融した部分が印刷の途中から排出される可能性が高くなります。

層状冷却ファン。 層状冷却ファンは、ノズルを離れた後、プラスチックを冷却します。 この要素は、作成された製品が印刷時にその形状を維持するのに役立ちます。

熱の制御:熱関連の問題への対処

3D印刷は熱に大きく依存しているため、温度の問題があるとプロセス全体が簡単に中断する可能性があります。 3D印刷で発生する一般的な問題は次のとおりです。

・高温クリープ。

・ねじれと曲げ。

・溶けた、または変形した指紋。

・高い方のプリントの側面にひび割れがあります。

・印刷物の下部近くで曲げます。

・あいまいまたは未定義の第XNUMX層

温度が不十分なため、メーカーはこのような問題に遭遇する可能性があります。

3D印刷の研究開発が続く中、高度な技術が進歩し、高温をより正確に制御できるようになり、高品質の印刷と扱いにくい素材が生まれました。

高温クリープ。 熱が押出機のホットエンドを介して不規則に拡散すると、熱クリープが発生します。 押出プロセス中にフィラメントが冷えると、熱が遮熱管に上昇します。 これにより、フィラメントが急速に加熱および膨張し、遮熱管の壁に付着します。 熱クリープは目詰まりを引き起こし、印刷を停止する可能性がありますが、これは取り除くのが困難です。

3Dプリント技術とは正確には何ですか?

したがって、遮熱管の設計は、多くの場合、熱クリープの防止に役立ちます。 チューブの溝やワイヤーは、熱が入らないスペースに入るのを防ぐのに役立ちます。 さらに、熱クリープを防ぐためにいくつかの予防措置を講じることができます。 まず、加熱ブロックの周りにセラミック絶縁テープを追加します。 次に、印刷しないときにプリンタが熱くなるのを避けます。 第三に、不規則に拡張するローエンドフィラメントの使用は避けてください。 最後に、可能であれば、印刷後にフィラメントを必ず取り外してください。

ねじれて曲がっている。 押し出し後のプラスチックの冷却が速すぎると、製品が反ります。 プラスチックは冷えるとわずかに収縮するため、急冷するとプラスチックが硬化するときに曲がります。

プラスチックを印刷ベッドの溶融温度のすぐ下に保つと、反りを防ぐことができます。 反りが発生した場合は、プレスベッドの温度を上げる必要がある可能性があります。

印刷物が溶けたり変形したりした。 熱すぎるため、設計時に緩く見えます。 FDM印刷では、良好な流動を提供する温度と急速な凝固を保証する温度のバランスをとる必要があります。

溶けたように見えるプリントを修正するには、温度設定を調整します。 まず、温度が材料の適切なパラメータ内にあることを確認します。 次に、ノズル温度を毎回9°F(5°C)下げてみてください。

高い方のプリントの側面にひびが入っています。 3Dプリンターがより高いフラグメントを生成すると、いくつかのより高いレイヤーの間に亀裂が現れることがあります。 これは、これらの層がプリントベッドの熱から離れすぎているためです。 押し出し後、フィラメントの冷却が速すぎて、適切な粘度に達しませんでした。 これにより、層間に小さなスペースや亀裂が生じる可能性があります。

フィラメントの冷却が速すぎるのを防ぐために、押出機の温度を約18°F(10°C)上げてみてください。

底部付近で湾曲または曲がっているモデルの重りが十分に冷却されていない下層に押し付けられると、モデルは曲がったり曲がったりします。

最下層のこの変形は、より速い冷却を確実にすることによって改善することができます。 これは、目的の結果が得られるまでプリントベッドの温度を9°C(5°F)下げることで実現できます。

ぼやけた未定義の最初のレイヤー。 時々、最初の層は非常にぼやけます。 これが発生すると、角度が定義されていないように見え、フィラメントラインが粗く見えます。 これは通常、印刷ベッドが熱すぎてプラスチックの形状が失われることが原因です。

この問題の解決策は非常に明白かもしれません。 目的の結果が得られるまで、毎回プリントベッドの温度を9°C(5°F)下げる必要がある場合があります。

材料の温度制限

フィラメントにはいくつかのオプションがあります。 フィラメントには、暗闇で光る色から木の外観や匂いまで、さまざまな色、質感、効果があります。 これらの異なる材料の使用を習得するための重要な部分は、各材料の特定の温度要件を理解することです。 これらのパラメータに注意を払わないと、すでに述べた温度関連の問題が発生する可能性があります。

温度が高いほど、可能性が高くなります。 3Dプリンターが製造プロセス中に高い温度を維持できる場合、選択できるフィラメントの数が増えます。 ただし、高温での作業には、3Dプリンターの特定のテクノロジーが必要です。

たとえば、押出機のホットエンドは通常、金属とポリエーテルエーテルケトン(PEEK)またはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)で構成されています。 PEEKとPTFEは優れた断熱性を提供しますが、ホットエンド温度を464°F(240°C)以下に制限します。 ただし、オールメタルのホットエンドを使用すると、温度を572°F(300°C)以上に効果的に維持できます。 これにより、さまざまな素材の使用への扉が開かれます。

FDMテクノロジーの新しい開発により、3Dプリント中の高温への道が開かれました。 昨年、3Dプリンターのメーカーは、ホットエンドの温度を華氏752度(摂氏400度)以上に到達させることができる一連の高温プリンターコンポーネントを発表しました。 これらのデバイスのプリントベッドは、392°C(200°F)を超える温度に達する可能性があります。

3D印刷の研究開発の継続的な開発により、高度な技術により、高温に対してより正確な制御が提供され続けます。 これらの進歩により、加工が難しい素材から作られた高品質のプリントが作成されています。 3Dプリントの未来を見てとてもうれしく思います。

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