Verbesserung der Dimensionsstabilität beim 3D-Druck mit Onyx

Anfang dieses Jahres haben wir unser Onyx-Material auf den Markt gebracht, ein steifes, professionelles Filament für Endanwendungen. Das Material war zuvor für Mark Two Enterprise-Benutzer verfügbar und jetzt mit unseren Druckern der Onyx-Serie zugänglicher als je zuvor. Das Material erhöhte die Dimensionsstabilität und eine höhere Druckerfolgsrate im Vergleich zu anderen 3D-Druckmaterialien. In diesem Blog gehe ich etwas tiefer darauf ein, warum das so ist und was es bedeutet. Maßhaltigkeit bezieht sich in diesem Zusammenhang auf die Fähigkeit von 3D-gedruckten Bauteilen, während des Druckens ihre Form beizubehalten. Ein Drucker oder Material kann aus verschiedenen Gründen eine schlechte Dimensionsstabilität aufweisen. Wenn Sie bereits mit FDM-3D-Druckern gearbeitet haben, haben Sie wahrscheinlich einige häufige Probleme wie das Verziehen von Teilen beim Abkühlen des Filaments oder das Herabhängen und schlechte Oberflächengüte unter nicht unterstützten Überhängen erlebt. Selbst wenn Trägermaterial verwendet wird, können bestimmte Geometrien aufgrund der Art und Weise, wie das Filament abkühlt, versagen, und als Folge davon werden Teile entweder nicht den erforderlichen Spezifikationen entsprechen oder versagen während des Drucks und erfordern eine Neugestaltung.

Das mikrokohlenstoffverstärkte Nylon, aus dem Onyx-Filament besteht, verleiht ihm einige der Materialeigenschaften, die Sie vielleicht gesehen haben, wenn Sie sich die Eigenschaften von Onyx ansehen, die in unserem Datenblatt aufgeführt sind – Onyx ist steifer und hat andere thermische Eigenschaften, wie z bedruckte Kunststoffe. Dies beeinflusst die Art und Weise, wie es gedruckt wird – die Steifigkeit und die minimale thermische Verformung verursachen viel weniger Verziehen während des 3D-Druckprozesses. Dies minimiert das Ablösen der Bauplatte, ermöglicht größere Überhänge (sowohl mit als auch ohne Stützen) und gewährleistet eine hohe Maßgenauigkeit beim 3D-Druck. Sobald das Filament extrudiert ist, behält es seine Form viel mehr bei, was bedeutet, dass Ihre Teile genauer zu Ihrem CAD-Modell passen. Wie Kunde Alan Rencher von Media Blackout es ausdrückt:„Onyx ist ein steiferes Material, die Kanten sind richtig … die Teile sehen besser aus und sie passen besser zusammen, also war es eine große Hilfe. Wir müssen keine neuen Teile neu entwerfen oder drucken.“

Um die Dimensionsstabilität im 3D-Druck von Onyx zu demonstrieren, habe ich versucht, das Material an seine Grenzen zu bringen und ich habe ein paar Tests durchgeführt, um zu experimentieren, was Onyx tolerieren kann. Obwohl einige dieser Eigenschaften in besonderem Maße mit unserem Drucker verknüpft sind, hoffe ich, dass dies Ihnen ein gutes Verständnis dafür vermittelt, was wir meinen, wenn wir von „hohe Dimensionsstabilität“ sprechen.

Warping

Verziehen ist für viele Desktop-3D-Drucker ein großes Problem, daher werde ich zunächst kurz erklären, warum sich 3D-gedruckte Teile verziehen. Die Teile verziehen sich in erster Linie, weil der bedruckte Kunststoff beim Abkühlen schrumpft. Sobald das Material extrudiert ist, beginnt es sofort abzukühlen. Wenn der Drucker den Umfang eines Teils nachzeichnet, haftet es an der Bauplatte. Zu diesem Zeitpunkt kühlt das Material noch ab und möchte noch schrumpfen, aber es klebt fest. Dies erzeugt eine Kraft um den Umfang des Teils, die die Außenseiten nach innen zieht – ein thermisches Moment –, wodurch sich die Kante des Teils zur Mitte hin einrollen möchte. Wenn eine weitere Schicht hinzugefügt wird, passiert es erneut, und die Kraft wird nun im Wesentlichen verdoppelt, und dies wird nur mit größeren Schichten (Schichten mit aggressiveren Überhängen) größer, sodass auch mit Trägermaterial Teile durch Verzug ausfallen können. Sobald sich genügend Schichten gestapelt haben, beginnen sich Teile von der Bauplatte abzulösen, weshalb Sie dies auf der ersten Schicht nicht bemerken. Teile neigen dazu, sich an den Ecken abzulösen, da sie als Spannungskonzentrationspunkte wirken. Stellen Sie sich eine einzelne Filamentlinie vor, die abgelegt wird. Es möchte sich natürlich entlang seiner Länge zusammenziehen. Wenn zwei senkrechte Linien eingeführt werden, erzeugt dies direkt an der Ecke eine größere Kraft, wie in der Abbildung unten gezeigt.

Bei runden, glatten Perimetern passiert dies nicht so oft, da es keinen Punkt gibt, an dem die Kraft stärker aufgebaut wird als an einem anderen. Aber es ist immer noch ein großes Problem, also wie verhindert man das Verziehen beim 3D-Druck? Gängige Lösungen für das Verziehen variieren, darunter die Erhöhung des Oberflächenkontakts an den Ecken mit Flößen oder Scheiben, das Erhitzen der Bauplatte oder die Verwendung eines beheizten Gehäuses, um die Kühlung effektiver zu regulieren. Aber wirklich, Verziehen kann man auch mit Materialien lösen. Mit steiferen Materialien, die sich bei Wärmeeinwirkung weniger verformen, kann auch das Verziehen reduziert werden. Onyx ist ein solches Material – seine Steifigkeit und seine thermischen Eigenschaften sorgen dafür, dass es im Vergleich zu den meisten anderen Filamenten nur sehr wenig Verzug aufweist. Darüber hinaus wird durch die kontinuierliche Faserverstärkung das Verziehen weiter reduziert, da die Faser stark genug ist, um die Schichten flach zu halten und so dem thermischen Moment mit Materialien anstelle von externem Design oder Druckereinrichtungsfixierungen entgegenzuwirken. Wir haben ein dreieckiges Prisma gedruckt, das am Rand ausbalanciert ist, mit 100% Infill aus Onyx, wie in Eiger.io, unserem Slicer, gezeigt:

Diese Form ist wirklich schrecklich zu drucken, da das Filament hauptsächlich auf einer Achse ausgelegt ist, also wirklich von jeder Seite zur Mitte ziehen möchte. In Kombination mit Schichten mit größerem Querschnitt darüber (um das umgekehrte Dreieck zu bilden) bedeutet dies, dass Sie eine enorme Kraft erhalten, die das Teil dazu bringt, sich abzulösen. Hier ist, was passiert ist, als wir es aus PLA (100% Infill, kein Raft) auf einem anderen handelsüblichen FFF (Fused FIlament Fabrication)-Desktop-3D-Drucker gedruckt haben. Das Teil löste sich vollständig von der Bauplatte, sodass es nicht vollständig gedruckt werden konnte:

Und jetzt ist es hier aus Onyx:

Überhänge

Bei Desktop-3D-Druckern mit einzelnen Kunststoffextrudern wie unserem sind Überhänge immer eine große Materialfrage, da viele Leute versuchen, sie zu vermeiden. Beim Mark Two ist dies nicht immer notwendig, denn unser Stützmaterial lässt sich am Ende ganz einfach abziehen, wie gezeigt:

Aber selbst mit Stützen sind Überhänge manchmal schwer zu erreichen, aus den gleichen Gründen, aus denen das Verziehen ein Problem ist. Größere Querschnitte, die über kleinere gestapelt werden, erzeugen ein thermisches Moment, das dazu führen kann, dass sich die Kanten eines Überhangs, selbst wenn sie unterstützt werden, aufrollen und den Drucker blockieren. Bei einem Material wie Onyx gibt es minimale Verwerfungen und damit minimale Überhanginstabilität. Tatsächlich kann es ohne Stützen sicher bis zu etwa 70 Grad erreichen, was selbst uns überrascht hat:

Wir haben die 3D-Drucktestteile von Make Magazine verwendet, um das Material zu bewerten. Und das Oberflächenfinish auf der Unterseite ist immer noch ganz toll:

Dimensionsstabilität

Dieses Filament, kombiniert mit der detaillierten Auflösung unseres Druckers, bedeutet, dass Sie hochwertige, formstabile 3D-Druckteile herstellen können, die genau so aussehen, wie Sie es entworfen haben. Schauen Sie sich dieses GIF an, in dem wir einen negativen Abstandstoleranztest (ebenfalls aus dem Test des Make Magazine) durchführen und dabei einen radialen Abstand von 0,2 mm zwischen jedem Stift und seinem entsprechenden Loch erreichen:

Das meinen wir also, wenn wir sagen, dass unser neues mikrokohlenstoffverstärktes Onyx-Filament formstabil ist. Das Teil bleibt seinem Design treu, was bedeutet, dass Sie dieses Material verwenden können, um präzise, ​​konsistente und schöne Ergebnisse zu erzielen, und Sie müssen kein Schleifen oder Spachtelmasse verwenden, um Ihre Überhänge oder flachen Oberflächen zu formen, um die Qualität zu erhalten du brauchst. Mit Onyx und unserem Engineering-Desktop-3D-Drucker können Sie Endverbraucherteile einfach präsentieren und müssen sich keine Sorgen machen, dass Ihre 3D-gedruckten Designs nicht den Spezifikationen entsprechen. Wir haben unseren Part of the Week Award aus Onyx entwickelt, um zu zeigen, zu welchen Designs er in der Lage ist!

Und von oben sieht es aus wie unser Logo!