Na zdjęciach nie ma efektownej figurki ani prototypu stworzonego wyłącznie do prezentacji. Widać za to coś znacznie bliższego temu, czym profesjonalny druk 3D staje się dziś w przemyśle – komplet wykonanych na zamówienie elementów technicznych, które mają pomagać w realnym procesie produkcyjnym.
W tej realizacji Strefy Druku 3D powstał zestaw detali przeznaczonych do wykorzystania w środowisku fabrycznym. Z informacji przekazanych przy zleceniu wynika, że elementy mają pełnić funkcję oprzyrządowania pomocniczego podczas prac montażowych oraz operacji związanych z lutowaniem. W takich warunkach samo dopasowanie wymiarów nie wystarcza. Znaczenia nabierają temperatura, sztywność, stabilność geometrii oraz odporność tworzywa na środowisko, w którym będzie pracowało.
Dlatego w tym przypadku zastosowaliśmy PPS-CF – kompozyt na bazie siarczku polifenylenu wzmacniany włóknem węglowym. To materiał inżynieryjny zdecydowanie wykraczający poza typowe zastosowania PLA, PETG czy ABS.
PPS-CF – materiał do zadań, w których liczą się parametry
PPS, czyli polyphenylene sulfide – siarczek polifenylenu, jest tworzywem wykorzystywanym tam, gdzie potrzebna jest kombinacja wysokiej odporności termicznej, chemicznej oraz stabilności wymiarowej. Dodatek włókna węglowego zwiększa sztywność kompozytu i pozwala uzyskać materiał dobrze odpowiadający wymaganiom części technicznych.
Dla zastosowanego w tej realizacji Bambu PPS-CF temperatura ugięcia pod obciążeniem HDT wynosi 264°C przy naprężeniu 0,45 MPa oraz 235°C przy 1,8 MPa. Temperatura mięknienia Vicata została określona na 268°C, a temperatura topnienia na 284°C. Materiał charakteryzuje się również bardzo niską absorpcją wody – 0,05% w warunkach wskazanych w dokumentacji technicznej. Parametr HDT 264°C oraz niski poziom absorpcji wody potwierdza również aktualne zestawienie materiałów Bambu Lab.
To właśnie połączenie właściwości termicznych, mechanicznych i chemicznych sprawia, że druk 3D z PPS-CF jest interesującym rozwiązaniem dla przemysłu, szczególnie gdy wydruk nie ma być tylko prototypem, ale rzeczywistym elementem wyposażenia produkcyjnego.
Nasza realizacja: elementy techniczne do wykorzystania w fabryce
Wykonany komplet składa się z kilku różnych części: długich prowadnic i profili, elementów ramowych, komponentów z otworami montażowymi oraz bardziej rozbudowanego korpusu z powierzchniami prowadzącymi.
Nie są to więc seryjne przedmioty pobrane z gotowego katalogu. Geometria została podporządkowana konkretnemu zastosowaniu, a części mają współpracować ze sobą jako elementy oprzyrządowania.
Według założeń zlecenia zestaw będzie wykorzystywany podczas czynności montażowych i związanych z lutowaniem. Właśnie przy tego rodzaju projektach dobór materiału zaczyna mieć znacznie większe znaczenie niż kolor czy wygląd powierzchni.
W środowisku produkcyjnym detal może być wielokrotnie odkładany, dociskany, nagrzewany, mocowany do innych elementów albo wykorzystywany jako prowadnica czy pozycjoner. Zmiana geometrii nawet o kilka milimetrów może oznaczać utratę funkcjonalności całego przyrządu.
Dlaczego nie wydrukować takich części po prostu z PLA?
Ponieważ profesjonalny druk 3D nie polega na wybieraniu jednego filamentu do wszystkiego.
Popularne materiały doskonale sprawdzają się w wielu zastosowaniach, jednak środowisko przemysłowe potrafi stawiać zupełnie inne wymagania. Wysoka temperatura, długotrwałe obciążenie, kontakt z olejami lub środkami technicznymi czy konieczność zachowania geometrii mogą szybko zweryfikować źle dobrany materiał.
W przypadku PPS-CF istotna jest między innymi jego odporność na kwasy, zasady, rozpuszczalniki organiczne oraz oleje i smary, deklarowana dla materiału w jego dokumentacji technicznej. Jest on również określony jako materiał uniepalniony i samogasnący po odsunięciu źródła ognia.
Nie oznacza to oczywiście, że PPS-CF jest „niezniszczalnym plastikiem”. Każdy projekt wymaga analizy rzeczywistych warunków eksploatacji. Jego parametry powodują jednak, że może być brany pod uwagę w zastosowaniach, do których podstawowe filamenty konsumenckie nie zostały stworzone.
264°C HDT nie oznacza odporności na wszystko – i to ważne przy lutowaniu
Przy materiałach technicznych łatwo wpaść w pułapkę pojedynczej liczby.
Informacja o HDT 264°C nie oznacza, że wydruk można bez ograniczeń wystawiać na temperaturę 264°C albo bezpośrednio dotykać rozgrzanym grotem lutownicy. HDT jest wartością uzyskaną w określonej metodzie badawczej, przy konkretnym obciążeniu i geometrii próbki.
W zastosowaniach związanych z lutowaniem trzeba brać pod uwagę między innymi miejsce kontaktu ze źródłem ciepła, czas ekspozycji, obciążenie mechaniczne, geometrię części i sposób jej zamocowania. Temperatura samego grotu może być znacznie wyższa od temperatur, którym powinien być długotrwale poddawany wydruk.
Dlatego w profesjonalnych realizacjach nie wystarczy powiedzieć: „materiał ma odporność do X stopni”. Trzeba wiedzieć, co dokładnie oznacza parametr i czy odpowiada rzeczywistemu zastosowaniu.
To szczególnie ważne przy projektach B2B, ponieważ część produkcyjna powinna być oceniana jako cały komponent, a nie wyłącznie przez pryzmat nazwy filamentu.
Włókno węglowe daje wysoką sztywność, ale orientacja wydruku nadal ma znaczenie
PPS-CF bardzo dobrze pokazuje jeszcze jedną cechę technologii FDM/FFF: właściwości wydrukowanego elementu zależą nie tylko od materiału, ale również od sposobu jego wykonania.
Dane dla badanego PPS-CF pokazują moduł zginania 7160 MPa w kierunku XY oraz wytrzymałość na zginanie 142 MPa. Jednocześnie wyniki mierzone w kierunku Z, czyli w kierunku kolejnych warstw, są wyraźnie niższe.
I właśnie dlatego przy częściach przemysłowych orientacja modelu na stole nie powinna być przypadkiem.
Jeżeli wiadomo, w którym kierunku detal będzie przenosił obciążenie, można odpowiednio zaplanować orientację druku, przebieg warstw, liczbę obrysów, geometrię konstrukcji i pozostałe parametry procesu. To jeden z powodów, dla których identyczny plik wydrukowany na dwóch drukarkach albo z innymi ustawieniami nie musi mieć identycznych właściwości użytkowych.
PPS-CF wymaga odpowiedniego zaplecza technologicznego
To również nie jest filament, który po prostu wkłada się do dowolnej drukarki i rozpoczyna produkcję.
Dla zastosowanego materiału zalecana temperatura dyszy wynosi 310–340°C, temperatura stołu 100–120°C, natomiast rekomendowana temperatura komory mieści się w przedziale 60–90°C. Producent przewiduje także obowiązkowe suszenie materiału przed drukiem – w suszarce z wymuszonym obiegiem powietrza jest to 100–140°C przez 8–12 godzin. Podczas drukowania i przechowywania zalecana jest wilgotność poniżej 20% RH.
Same te wartości pokazują, dlaczego druk 3D z PPS-CF należy do bardziej wymagających procesów FDM.
Nie chodzi już wyłącznie o posiadanie urządzenia zdolnego stopić filament. Trzeba kontrolować cały proces: przygotowanie materiału, temperaturę, warunki w komorze, konfigurację maszyny i parametry konkretnego modelu.
To właśnie zaplecze technologiczne zaczyna odróżniać wykonywanie prostych wydruków od produkcji profesjonalnych części technicznych na zamówienie.
Ile kosztuje PPS-CF?
Materiały inżynieryjne mają również zupełnie inną strukturę kosztów niż podstawowe filamenty.
Na udostępnionej przy tej realizacji stronie sklepu szpula Bambu PPS-CF o masie 0,75 kg kosztowała 133,99 euro, czyli około 178,65 euro za kilogram materiału przed uwzględnieniem ewentualnych różnic podatkowych czy kosztów dostawy. Cena jest oczywiście zmienna i należy ją traktować wyłącznie jako punkt odniesienia z momentu przygotowywania tej realizacji.
Dlatego wyceniając zaawansowany wydruk techniczny, nie można patrzeć wyłącznie na liczbę gramów tworzywa. Znaczenie mają również czas pracy maszyny, przygotowanie materiału, zużycie wyposażenia, ryzyko produkcyjne oraz konieczność utrzymania prawidłowych warunków procesu.
W przypadku elementów przemysłowych cena wydruku powinna być zestawiana przede wszystkim z wartością problemu, który rozwiązuje.
Jeżeli wykonany przyrząd usprawnia proces produkcyjny, zastępuje trudno dostępny element albo eliminuje konieczność wykonywania kosztownego oprzyrządowania tradycyjnymi metodami, produkcja przyrostowa może mieć bardzo dobre uzasadnienie ekonomiczne nawet przy drogim materiale.
Druk 3D coraz częściej staje się sposobem produkcji oprzyrządowania
Uchwyty, prowadnice, pozycjonery, szablony, osłony czy elementy pomocnicze są bardzo dobrym obszarem zastosowania technologii przyrostowych.
Powód jest prosty: zwykle nie potrzeba ich w setkach tysięcy egzemplarzy. Potrzeba natomiast konkretnej geometrii, konkretnego wymiaru i możliwie krótkiego czasu od projektu do gotowego elementu.
W tradycyjnej produkcji jednostkowej nawet prosty detal może wymagać przygotowania materiału, oprzyrządowania i obróbki. W druku 3D po przygotowaniu poprawnego modelu cyfrowego można przejść bezpośrednio do produkcji części.
Jeśli projekt wymaga później zmiany szerokości prowadnicy, przesunięcia otworu albo dodania kolejnego mocowania, nie trzeba projektować całego procesu produkcyjnego od początku. Aktualizowany jest model, a następnie wykonywana jest kolejna wersja.
To właśnie ta elastyczność sprawia, że druk 3D coraz lepiej odnajduje się w produkcji pomocniczej i utrzymaniu procesów przemysłowych.
Od jednej części do powtarzalnej produkcji dla B2B
Realizacja z PPS-CF jest też dobrym przykładem tego, jak podchodzimy w Strefie Druku 3D do projektów dla firm.
Zlecenie nie musi oznaczać tysięcy identycznych elementów. Możemy wykonać pojedynczy prototyp, komplet oprzyrządowania, serię części technicznych albo większą partię produkcyjną.
Rozbudowany park maszynowy daje możliwość skalowania produkcji wtedy, gdy po pierwszych testach potrzebnych jest więcej egzemplarzy. W praktyce oznacza to możliwość przejścia od pierwszej sztuki do małej lub większej serii bez zmiany całej technologii wytwarzania.
Szczególnie przy materiałach takich jak PPS-CF liczy się jednak coś więcej niż liczba drukarek. Znaczenie ma możliwość prowadzenia procesu odpowiedniego dla konkretnego tworzywa i konkretnego zastosowania.
Potrzebujesz wydruku z PPS-CF lub innego materiału technicznego?
Nie każde zlecenie wymaga PPS-CF i nie zawsze najdroższy materiał jest najlepszym wyborem. Profesjonalne podejście polega właśnie na tym, aby dopasować technologię i tworzywo do warunków pracy części, zamiast automatycznie stosować jeden filament do wszystkich projektów.
Jeżeli potrzebujesz wykonania oprzyrządowania produkcyjnego, uchwytu, prowadnicy, części maszyny, obudowy, prototypu albo nietypowego elementu technicznego, możemy przeanalizować projekt i dobrać rozwiązanie odpowiednie do jego zastosowania.
Realizujemy zarówno pojedyncze zamówienia, jak i projekty dla firm wymagające większej liczby elementów oraz wykorzystania zaawansowanych filamentów inżynieryjnych, takich jak PPS-CF.
StrefaDruku3D.pl – profesjonalny druk 3D bez granic.
Przeczytaj również:
Skanowanie 3D dużej figury – jak przenieśliśmy fizyczny obiekt do świata cyfrowego
Obserwuj nas na Facebook-u.