Tehnologija FFF (Fused Filament Fabrication), znotraj katere delujejo 3D-tiskalniki 3DGence, temelji na načelu nalaganja termoplastične plastike, plast za plastjo, na delovno površino in jo povezuje s prejšnjimi plastmi. Posebnost te tehnologije občasno zahteva uporabo dodatnih podpornih struktur.

Podporne strukture so vrste konstrukcij, ki se odstranijo fizično ali s topljenjem. Namenjene so le tisku podpor in se po koncu tiska preprosto fizično odstranijo, stopijo ali sperejo z vodo.
Podporni material potrebujemo, kadar tiskamo kompleksnejše strukture s previsi ali šibkejšimi elementi. Različne naprave in različni materiali potrebujejo različne nastavitve. V tokratnem prispevku smo predstavili podporne materiale s katerimi lahko tiskate na napravah 3DGence. 

Podporne strukture se lahko odlomijo ali raztopijo, odvisno od izbranega materiala. Na 3D-tiskalnikih 3DGence so lahko podporne strukture natisnjene iz istega materiala kot sam 3D-model ali iz dodatnega podpornega materiala za 3D-tiskalnike z dvema glavama. Pred začetkom tiskanja je treba izbrati ustrezen podporni material, ki ustreza geometriji modela. To bo omogočilo enostavno ločevanje podpornih struktur od modela po tisku. Podporne strukture je treba odstraniti tako, da ne poškodujemo modela.
Podporne strukture, ki jih fizično odstranimo, z rokami ali kleščami, se uporabljajo pri modelih s preprosto geometrijo, ki ne zahtevajo uporabe kompleksnih podpornih struktur. Takšne strukture se lahko natisnejo iz istega materiala, kot je sam 3D-objekt (tudi na 3D-tiskalnikih s samo eno glavo) ali iz materiala, za katerega je značilna slabša adhezija na model, kar olajša odstranjevanje (kadar uporabljamo 3D-tiskalnik z dvema glavama).

Podporni material
Podporni material

Topne podporne strukture nastanejo iz namenskega podpornega materiala, ki se razlikuje od materiala, ki gradi sam 3D-objekt in se lahko odstrani z ustrezno vodno raztopino ali vodo. Uporabljajo se na 3D-tiskalnikih z dvema tiskalnima glavama, pri tiskanju modelov s kompleksno geometrijo, kjer bi mehansko težje odstranili podpore.

Primer modela natisnjenega s topno podporno strukturo narejeno iz BVOH materiala vidite na sliki 3, model narejen s topnimi podpornimi strukturami iz materiala ESM-10  na sliki spodaj.

Izbira ustreznega podpornega materiala

Kakšne vrste podporni material izbrati, je odvisno od materiala samega objekta. V spodnji tabeli si lahko ogledate kateri podporni material se priporoča za tisk s posameznim materialom.

Osnovni materialPodporni material, ki se fizično odstraniTopen podporni material
ABSHIPS-X, ABSESM-10
Smart ABSHIPS-X-
PLAPLABVOH
ASAHIPS-X-
PETHIPS-X, PETBVOH
PET-GPET-G-
PPHIPS-X, PPBVOH
CoPa Polymide (Nylon)ABA-
PCABS-
PC-ABSABS-
CF-PCABS-
ESD-PCABS-
PEEKnamenski podporni materialESM-10
Fiberflex 40DFiberflex 40D-
PrimalloyPrimalloy-
HIPS-XHIPS.X-

Odcepne in topne podpore imajo različne lastnosti. Izbira ustreznega podpornega materiala je odvisna predvsem od geometrije modela. Pri izbiri podpornih struktur je treba upoštevati tudi vrsto tiskalnika v lasti in trenutno razpoložljive kombinacije materialov v programski opremi 3DGence Slicer.

Podporni materiali, ki se fizično odstranijo

Podporne strukture, ki jih odstranimo fizično, običajno odstranjujemo ročno ali s posebnimi kleščami. S takšnimi orodji lahko precej skrajšamo čas odstranjevanja podpornih struktur.

Prednosti:

  •  tiskate lahko z enim samim materialom,
  •  kadar objekt in podporno strukturo tiskate iz enega materiala prihranite čas,
  •  ne potrebujete dodatnih naprav, na primer za odstranjevanje topnih podpornih struktur,
  •  manjši stroški za material,
  •  krajši čas čiščenja pri preprostih geometrijah.

Pomankljivosti:

  •  težje čiščenje zapletenih geometrij
  •  časovno obsežno čiščenje, ki ga mora uporabnik izvesti sam, brez pomoči naprave
  •  prisotno je tveganje, da se ob odstranjevanju podpornih struktur, model poškoduje
  •  nižja kakovost podpornih površin.

Postopek odstranjevanja podpornih struktur:

  •  pripravite delovno mesto,
  • pripravite orodje,
  • nadenite si zaščitna očala in rokavice,
  • kadar jemožno, prvo odstranite večje kose podpornega materiala,
  •  očistite model in odstranite preostale manjše dele podpornih struktur, pri tem bodite pazljivi, da ne opraskate ali poškodujete modela.

 

Topne podporne strukture

Topne podporne strukture omogočajo 3D-tisk kompleksnih geometrij, brez tveganja, da poškodujete model. Omogočajo tudi tisk geometri, pri katerih bi bilo nemogoče mehansko odstraniti podporni material. Naprave 3DGence delujejo z dvema vrstama topnih podpornih materialov; material BVOH je topen v čisti vodi, podporni material ESM-10 pa je topen v vodni raztopini. Odstranjevanje materiala ESM-10 zahteva uporabo dodatne naprave, pripravo topila in nato odstranitev raztopine.

Prednost:

  •  vpletenost uporabnika je zelo majhna,
  •  izboljšana površina podpornih površin,
  •  ustvarjate lahko izredno kompleksne strukture.

Pomankljivosti:

  •  potrebujete dodatno napravo (za odstranjevanje podpornih struktur),
  •  priprava topila in skrb, da se pravilno zavrže,
  •  daljši čas za odstranjevanje podpornih struktur.

 

Topni podporni materiali omogočajo tudi izvedbo geometrij, pri katerih bi bilo nemogoče mehansko odstraniti odcepno oporo. Tiskalniki 3DGence delujejo z dvema vrstama podpore za izpiranje. Podpora iz materiala BVOH je topna v čisti vodi, medtem ko je nosilec, natisnjen iz materiala ESM-10, topen v vodni raztopini. Izpiranje materiala ESM-10 zahteva uporabo dodatne naprave, pripravo topila in kasnejšo odstranitev raztopine. Podporni material mora biti primeren. Izbira podpornega materiala je odvisna od materiala objekta. V spodnji tabeli si oglejte kompatibilnost materialov.

 

Topen podporni materialZdružljiv z materialiTopilo
BVOHPLA, PETVoda (22 °C – 50 °C)
ESM-10ABS, PEEKVodna raztopina z VXL
(70 °C – 75 °C)

BVOH

 
BVOH je vodotopni podporni material z visoko higroskopičnimi lastnostmi. V kratkem času lahko absorbira veliko količino vlage in vodne pare iz okolice. Najbolje deluje z materiali, kot sta PLA in PET. Je občutljiv na svetlobo in sončno sevanje.

Potrebna oprema:

Za odstranjevanje podpornega materiala potrebujemo posodo iz nerjavečega jekla, lahko pa je tudi steklena ali plastična. Dovolj velika mora biti, da lahko vanjo v celoti potopimo objekt, ki ga želimo obdelati. Optimalna rešitev v nekaterih primerih je uporaba delovne postaje ali posode z ogrevanjem in mehanizmi, ki podpirajo proces s cirkulacijo ali ultrazvokom, na primer namenska postaja za odstranjevanje podpornega materiala 3DGence.

Raztapljanje:

Postopek raztapljanja z materialom BVOH lahko razdelimo na 4 faze. Pred začetkom procesa si zagotovite dostop do tekoče vode in pripravite posodo primerne velikosti za kasnejše čiščenje modela. Med postopkom raztapljanja bodite pazljivi, da raztopina ne pride v stik s kožo ali očmi. Ne pijte raztopine. Čas raztapljanja je odvisen od količine podpornega materiala, temperature vode in frekvence mešanja in menjanja vode.

Uporaba in shranjevanje materiala

Material BVOH naj se tiska v okolju z manj kot 40 % vlažnostjo. Kadar tiskate v vlažnem okolju, uporabite napravo za sušenje materiala za 3D-tiskalnik 3DGence INDUSTRY F340 in shranjujte material v namenski komori za filamente. Kadar vaš 3D-tiskalnik nima namenske komore za filamente, morate zaradi lastnosti BVOH-ja, po tisku v programski opremi nastaviti odstranitev filamenta in ga fizično odstraniti. Filament nato shranite v tesno zaprti posodi s sredstvi za preprečevanje nabiranja vlage. Pri tisku z vlažnim materialom lahko pride do težav z laminacijo plasti, penjenja materiala ali ponavljanja napak s pretokom filamenta.

V primeru vlažnega materiala:

  • material 12 ur sušite v okolju s čim nižjo stopnjo vlažnosti in temperaturo med 40 °C – 50 °C.
  •  Proces sušenja izpeljite v industrijskem sušilcu, napravi za sušenje filamenta ali v primeru, da uporabljate 3D-tiskalnik INDUSTRY F340, v namenski komori za filamente. Temperaturo komore nastavite na 40 °C in sušite material 12 ur, ta čas ne odpirajte komore.
  •  Če nimate dostopa do zgoraj naštetih rešitev, lahko segrejete delovno ploščo tiskalnika na 50 °C, nanj položite kolut s filamentom in ga tako sušite 12 ur. Med sušenjem ne pozabite izklopiti opcijo »spanje«.
 

ESM-10

ESM-10 vodna raztopina namenjena strokovni uporabi kot podporni material. Filament karakterizirajo visoka kemijska združljivost in odlična adhezija z materialoma ABS in PEEK. To omogoča tiskanje ESM-10 kot podpornim materialom z omenjenima materialoma. Poleg tega njegove lastnosti omogočajo, da je podporna struktura stabilna
tudi v segreti komori, katere temperatura je lahko nad 80 ° C. Material ESM-10 je združljiv z industrijskim tiskalnikom 3DGence INDUSTRY F340.

Dodatna oprema

Priporočamo, da pri procesu raztapljanja podpornega materiala ESM-10, uporabite 3DGence postajo za sistem raztapljanja. Postaja je narejena iz visoko kakovostnega jekla. Izolacijski material znotraj posode efektivno zagotavlja konstantno temperaturo. Naprava je po standardu opremljena z delno-samodejnim sistemom polnjenja in praznenja, senzorjem polnjenja (min/max), varnostnim stikalom, programom delovnega procesa, regulatorjem temperature in kolesi. Sistem 3DGence za raztapljanje podpornih struktur (3DGence SDS) omogoča, da vanj potopite model velikosti delovne površine 3D-tiskalnika 3DGence INDUSTRY F340. Med raztapjanjem podpornega materiala pa pri samem modelu ne prihaja do degradacije.

Priprava raztopine

Za pripravo raztopine, v kateri boste raztapljali podporni material ESM-10, potrebujete VXL prašek. Sistem 3DGence za raztapljanje ima kapaciteto 55.2 l, kar pomeni, da lahko vsujete 1440 g VXL praška v polno posodo. Tabela spodaj prikazuje količine praška, potrebne za pripravo raztopine, glede na količino vode v posodi.

Količina vode (l)Količina VXL praška (g)
15360
25720
55.2 (3DGence SDS)1440
1202880
 
Vsake toliko morate zamenjati raztopino. Tabela spodaj prikazuje učinkovitost raztopine glede na količino v posodi. Na primer, če v 3Dgence napravi SDS pripravljate raztopino, v največji možni količini, lahko raztopite 1,450 g materiala ESM-10. Kadar količino presežete, morate raztopino zavreči. Kdaj morate zamenjati raztopino boste opazili tudi po zmanjšani intenziteti raztapljanja filamenta ESM-10.
Proces raztapljanja naj poteka pri temperaturi 70 °C – 75 °C. Čas raztapljanja je odvisen od geometrije modela in količine uporabljenega podpornega materiala, oblike podpor, metode raztapljanja, temperature vode in pogostosti uporabe raztopine. Iz teh razlogov težko natančno ocenimo čas raztapljanja materiala ESM-10. Približen čas raztapljanja je prikazan v spodnji tabeli.
 
Teža podpornih struktur (g)Čas raztapljanja (ur)
< 506
50 – 20010
> 20016
 

Spiranje in sušenje modela

Po končanem raztapljanju materiala ESM-10 pustite, da se model suši vsaj 15 minut. Kadar se v model ujame voda, ga položite na papirnato brisačo in rotirajte na vsake toliko, da se lahko vsa tekočina izteče. Proces lahko pospešite z uporabo vakuumske komore.
Naslednji korak je spiranje modela, da lahko dokončno odstranite ostanke raztopine. Priporočamo, da model sperete pod tekočo vodo temperature 30 °C – 60 °C in ga pustite, da se posuši.
V kolikor bi se na površini modela pojavila bela plast, tisk za vsaj eno uro potopite v vodo. Postopek lahko pospešite tako, da pripravite vodno raztopino s tekočino za pomivalni stroj in v njen namakate model približno eno uro.
 

Hranjenje materiala 

Material ESM-10 naj bi se shranjevalo v namenski ogrevani komori 3D-tiskalnika 3DGence INDUSTRY F340. Namen te komore je filamentom zagotoviti dovolj visoko temperaturo, ki preprečuje vlago, spremembe parametrov in dimenzij materiala.
 
 
Materiali različnih ponudnikov se med seboj razlikujejo, poudarjamo, da zgoraj opisani postopki veljajo za produkte 3DGence. Njihove naprave in pripomočke lahko naročite tudi pri nas. Vsa dodatna vprašanja nam lahko posredujete preko elektronske pošte