החשיבות הגוברת של חומרים נוזלים ב-FDM הדפסה

מודל מודלינג בשימוש (FDM) התפתח מכלי תחביב אל אבן הפינה של ייצור תעשייתי prototyping ונמוך כרכים ייצור.כפי שהמהנדסים דוחקים את הגבולות של מה שניתן להדפיס & mdash; מפחמן-פיבר-מחזקים מבוססי יישומים חדשים ועד מחזורים הנדסיים מהירים יותר, כמו PEEK ו- Ultemash; nozzle הפך לאפקטיבי של חומר ניקוי ארוך יותר, אך לא רק חומר חזק יותר, אלא גם כן, אלא גם כן, לא רק על פני השטח הארוך, אלא גם כן, הוא לא משפיע על פני השטח הארוך יותר, אלא גם על פני השטח.

חומרים מטושטשים מסורתיים ומגבלותיהם

במשך עשרות שנים, פליז היה חומר ללא הפסקות ברירת המחדל בשל התנהגות תרמית מעולה שלה (כ- 109 W/mK), המאפשר העברת חום מהירה מבלוק החום ל fila. Bras הוא גם קל למכונה וזול.עם זאת, פליז הוא רך יחסית (Rockzzwell Bion) כאשר הדפסה עם שכבת חניכיים מתוחכמות; כגון סיבים מהירים או חלקיקים מורכבים, ללא פגע, או חומרים מהירים, לא מתאימים, או לא יציבים.

304 או 316) הציעו שיפור בהתנגדות ללבוש אך בעלות של מוליכות תרמית נמוכה (~16 W/mK) הפחתה זו עלולה להוביל לטמפרטורות לא אחידות, במיוחד במהירויות הדפסה גבוהות יותר, ועשויה לדרוש הגדרות חם יותר של דלקת ננולה (למשל, כלי פלדה כמו H13), כמו גם עמידות יקרה יותר, אך לא ניתן להוסיף סוללות חום היברידיות, אלא גם מורכבות יותר.

פתרון נפוץ נוסף הוא nozzle sulfy-tipped, אשר מטביעה תכשיטים שפשף סינתטי ב Orifice. רובי (aluminum oxide) יש קשיחות קיצונית (רק תחת יהלום) ומספק עמידות לביש מעולה.עם זאת, גוף המתכת הוא לעתים קרובות פליז, אשר יכול corrode או deform over time אם נעשה שימוש עם סדקים אגרסיביים מבחינה כימית.

פריצת דרך חומרים עבור Generation Nozzles

מחקרים אחרונים ופיתוח מסחרי הציגו מספר סוגים של חומרים אשר באופן משמעותי אפשרויות מסורתיות:

קרמיקה ויהלומים כמו מצעים

ציפויים דקים של בסיס פליז או פלדה יכולים לשפר באופן דרמטי את קשיחות השטח ללא הקרבה של מוליכות תרמית.FLT:0Diamond-like Carbon (DLC) ציפויים של משטחים 1:1 מציעים קשיחות מתקרבת לזה של יהלום טבעי (עד 70 GPa) ו- tcreative cozzide נמוך מאוד של חיכוך.

(ה) דוגמאות מסחריות כוללות את ה- 0 (Olsson RubyFreaLT:1 ; ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

טונגסטן ו-כבדים

Tungsten יש את הנקודה ההיתוך הגבוהה ביותר (322 מעלות צלזיוס) של כל מתכת ו מוליכות תרמית מעולה (173 W / mK), מה שהופך אותו מועמד אידיאלי עבור הדפסה אולטרה-גבוהה (למשל, PEEK ב 400 + ° C) טהור tungstensten הוא קשה מאוד אבל מתפתל וקשה למכונה.

אתגר עם tungsten הוא העלות הגבוהה שלה ואת הדרישה לחטא מיוחד או ניצוץ פלזמה חטאים (SPS) ייצור.בנוסף, tungsten carbide מגיב עם חמצן בטמפרטורות גבוהות, להרכיב תחמוצת תנודתית, כך בקרת אוויר זהירה נדרשת במהלך הדפסה.למרות, כמה קהילות קוד פתוח מדווחים תוצאות מצוינות עם tungsten carbides עבור abrasive, אפילו לא מאות שעות לאחר הדפסה.

Reinforceed Steel ו-ניקל סופרוליו

(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

כמה יצרנים מציעים כעת nozzles עשויים מ-FLT:0PM (powder Metallurgy) כלי פלדהFLT:1 כגון CPM-10V או CPM 3V. חומרים אלה מכילים תוכן עתיר קרבד גבוה וניתן לספק עמידות חריגה.A כלי פלדה ללא תשלום יכול להימשך 5-10 פעמים יותר מאשר פלדה סטנדרטית כאשר הדפסה זכוכית מלאה ניילון.

כיצד חומרים Nozzle משפיעים על איכות הדפסה וגמישות

הבחירה של חומר נוזל עושה יותר מאשר רק לקבוע אורך לב ללבוש; זה משפיע ישירות על מדדי הדפסה מרכזיים:

  • (FLT:0) מדיות זרימה:FLT:1 חומרים עם מוליכות תרמית גבוהה יותר (מוחות, נחושת, tungsten) מאפשרים את ה filament להגיע לטמפרטורת ההיתוך במהירות ואפילו, צמצום ⁇ טמפרטורה הגורם מתחת לתחת או יותר.
  • (FLT:0) אורה גיימטריה יציבות:FreaLT:1; כמו עונדים נושלים, הסיבוב וקוטר של שינוי האורה, המוביל לרוחב בלתי עקבית של הנדסת חלקים הדורשים סובלנות ממדית של ±0.05 מ"מ או טוב יותר, שמירה על אור יציב היא קריטית.
  • (FLT:0)Filament Adhesion ו Oozing:03: 1:1 כמה חומרים נוזלים & mdash; במיוחד אלה עם אנרגיה על פני השטח נמוך כמו PTFE-coated או DLC-coated nozzles & mdash; לחנך את החיכוך בין מלוטש פלסטיק לבין הקיר המנומטר, הפחתת ונצף במהלך נסיעות זה מועיל במיוחד עבור חומרים כאלה.
  • (FLT:0Chemical Resistance:FLT:1) filaments עתירי (למשל, PEEK, PEI / Ultem) יכולים להוציא תרכובות קורוזיות גז. Stainless Steel וסגסוגת ניקל מתנגדים לתקוף, למנוע זיהום של התכה ולהבטיח תכונות חומריות עקביות.
  • (FLT:0) Thermal הרחבה Compatibility: ההרחבה הגדולה: Nozzles עשויים מחומרים עם coefficient of תרמי הרחבה (CTE) השונה באופן משמעותי מבלוק החימום יכול לגרום לשוחרר במהלך רכיבה תרמית. Bras ונחושת יש ערכי CTE קרובים בלוקים חום אלומיניום, בעוד פלדה קשיחה וטונגסטן יש נמוך CTE, הדורשים זהירים כדי למנוע הגדרות דליפות.

מהנדסים חייבים לשקול את הגורמים האלה בהתבסס על היישום הספציפי שלהם.לדוגמה, הדפסה בחנות אלפי חלקים בפחמן-החילה פחמן עשוי לאשר את תוחלת החיים של nozzle (לניצול tungsten carbide או פלדה כלי ראש), בעוד שתלים ביולוגיים הדפסה במעבדה ב- PEEK עשויים להיות זקוקים לאי-conel עבור תאימות כימית, גם אם זה אומר זמני חימום איטי יותר.

יישומים הנדסיים נהיגה בחדשנות

חלקי חלל ורפורמות גבוהות

חברות חלליות מאמצות את FDM עבור כלי, תיקונים ואפילו רכיבים בעלי בטיחות טיסה באמצעות חומרים כגון PEKK ו- Ultem 9085.תרמופלסטים אלה דורשים טמפרטורות נוזל מעל 380 ° C. סטנדרטיים נואזלים או degrade בטמפרטורות אלה.Hard Steeled ו-InconelkKKtm סטנדרטיים כעת במגזר זה.היכולת להדפיס ללא שום דליפות למנוע מטושטשות לטווח ארוך עבור מחסנים ריקים מחוספסים או מסורקים על ידי נאספים.

כלי רכב וקידום מהיר

כלי רכב לעתים קרובות דורש הדפסה עם ניילון מלא זכוכית או מתכת-reinforced filaments עבור Jigs ו תיקונים המשמשים קווי הרכב. Nozzle ללבוש יכול לגרום סחף ממדי בחלקים כי חייב להיכנס למקום. כלי פלדה כלי PM פלדה nozzles משמשים יותר ויותר כי הם לשמור סובלנות הדוקה מעל מאות שעות. כמה יצרני רכב דיווחו 8x כבר לא חיים בהשוואה לרמה סטנדרטית, לתרגם ישירות להורדת עלות.

שתלים רפואיים ו-Bioתואמים הדפסה

עבור שתלים רפואיים מודפסים ב- PEEK או PEKK, כל סיכון של זיהום חלקיקים נוזלים הוא בלתי מתקבל על הדעת חומרים לא-reactive, ללא מטרות רווח, ניקל superalloys ו קרמיקה עתירה גבוהה (למשל, ytKacre-bilized azionia) נחקרים על התפתחות בולטת של שימוש עולמי תרמילאי (Firna) ו-micly מורכב ביותר מ-outicolfínbsp; אך ללא CMIl) הם בעלי תפקוד גבוה ביותר (אך מורכב ביותר)

כיוונים עתידיים וטכנולוגיות מתפתחות

במבט קדימה, כמה דרכים מבטיחות נחקרות:

  • החוקרים מטביעים יהלום פוליקלי (PCD) במעבורת מתכת כדי ליצור עקיצות כי יריבות יהלום טהור בקשה תוך מתן עלות ומיומנות ניהולית.בדיקות ראשוניות מראות שיעורי ללבוש רשלניים גם עם תרמופלסטיים המבוססים על פחמן לאחר 500 שעות הדפסה.
  • (FLT:0) ,Lubric Fitings:FLT 1 In משלב חומרים כמו deulfide molybdenum (MoS2) או hexagonal boron nitride (h-BN) לתוך ציפויים נוזל יכול להפחית חיכוך ולשפר את זרימת ההיתוך, פוטנציאל מהירויות הדפסה גבוהות יותר ללא להקריב איכות.
  • (FLT:0) מערכות קירור נזילות: ⁇ 1) עיצובים נוזלים חדשים עם מיקרו-ערוצים בנויים לקירור נוזלי יכולים לאפשר שינויים מהירים בטמפרטורה, המאפשר הדפסה רב-חומרית עם טמפרטורות מומסות שונות באופן נרחב.
  • (FLT:0) ביונין עורר או חומרים גרפיים: אנדרופט 1:1 השימוש בייצור תוספת כדי ליצור nozzles עם חומרים ממוחשבים פונקציונליים (למשל, הליבה נחושת מעבר לשכבה חיצונית פלדה קשה) יכול להתאים תכונות תרמיות ומכניות.
  • (FLT:0) נביחות חכמות: 1FLT:1 חיישנים חודרים ישירות לתוך ה nozzle (למשל, חיישני טמפרטורה, מחוונים ללבוש) לספק משוב בזמן אמת עבור תחזוקה חיזוי.זה דורש חומרים שניתן לייצר באופן תוספתי עם אלקטרוניקה משובצת.

למרות התפתחויות מרגשות אלה, אתגרים משמעותיים נשארים.ייצור ג'ממות מורכבות עם חומרים חדשים יקר; נוזל מסובך יהלום יכול לעלות 20-50 פעמים יותר מסטנדרט של אחד.העלות הזאת חייבת להיות מוצדקת על ידי מופחתת זמן ושיפור איכות חלקית.בנוסף, הבטחת תאימות על פני מאות סוגים של פילאאז היא משימה מרתיעה, כמו כל פולימר יש מאמצי סטנדרטיזציה תרמיים וכימיקליים, כמו אלה הם לא ייקחופן זמן רחב, אבל לא ייקחו על ידי F42, אבל לא ייקחופן זמן רחב של טיפול.

מסקנה

האבולוציה של חומרים FDM nozzle היא מאפשרת מפתח לאימוץ תעשייתי של ייצור תוספים.מ פלדה מסורתית וקשה על חיתוך tungsten carbide, ציפוי DLC, ותרכובות קרמיקה, כל חומר מציע סט ייחודי של חומרים להישאר של צינורות מסחר. מהנדסים עכשיו יש את היכולת לבחור מחסנים המבוססים על דרישות ספציפיות של יישום שלהם & md; אם כי הוא טמפרטורה גבוהה יותר, לא יכול להיות יותר לחץ כימי או יותר, אבל לא יכול להיות יותר, כי הם עדיין יותר חומרים גמישים.

להשוואה טכנית מפורטת יותר, משאבים כגון The FLT:0 (הוועד ייצור הוגן) ו-FLT:2MatterHackers' nozzle guideFLT 3:0) מספקים תובנות נוספות לנכסים חומריים ונתונים של ביצועים בעולם האמיתי.